Qué es la gravedad según Einstein: no es una fuerza

Cada satélite del GPS lleva un reloj atómico que, por estar donde está, adelanta 38 microsegundos al día respecto a los relojes del suelo. Si nadie corrigiera ese desfase, tu posición en el móvil se desviaría unos diez kilómetros cada jornada y el sistema sería inservible en una tarde. Esa corrección, que se aplica en silencio millones de veces al día, es la comprobación más cotidiana que existe de lo que Einstein dijo en 1915: la gravedad no es una fuerza. Es la forma del espacio y del tiempo.

Lo que a Newton nunca le convenció

La ley de la gravitación universal de 1687 funcionaba asombrosamente bien: con una sola ecuación se predecían las órbitas de los planetas, las mareas y la caída de una manzana. Pero tenía un agujero conceptual que incomodaba a su propio autor. Según esa ley, el Sol tira de la Tierra a través de 150 millones de kilómetros de nada, instantáneamente y sin nada que transmita el tirón.

Newton lo sabía y lo dijo por escrito: le parecía un absurdo que ningún pensador competente podría aceptar. Su postura fue pragmática, la fórmula describe lo que ocurre aunque no explique por qué. Durante 228 años nadie tuvo nada mejor.

La idea más feliz de su vida

En 1907, trabajando en la oficina de patentes de Berna, a Einstein se le ocurrió algo que años después describiría como el pensamiento más feliz de su vida: una persona que cae no siente su propio peso. Si te dejas caer, durante la caída no notas ninguna gravedad; estás, para todos los efectos, flotando. Es exactamente lo que les pasa a los astronautas: no están lejos de la gravedad terrestre, están cayendo continuamente.

De ahí sacó una conclusión radical. Si en caída libre la gravedad desaparece, quizá no sea una fuerza real, sino un efecto de estar describiendo mal el escenario. Y si un ascensor acelerando en el vacío produce sensaciones indistinguibles de estar quieto en la Tierra, entonces gravedad y aceleración son la misma cosa. Ese es el principio de equivalencia, y tardó ocho años en convertirlo en ecuaciones.

El resultado, publicado en 1915, cambia la pregunta. No hay ninguna fuerza tirando de la Tierra: la masa del Sol deforma el espacio y el tiempo a su alrededor, y la Tierra simplemente sigue la trayectoria más recta disponible en ese terreno deformado. Lo que llamamos órbita es una línea recta en un espacio curvo.

Conviene señalar esa trampa, porque la imagen de la bola sobre la sábana elástica es la más repetida y también la más engañosa. En ella, la bola hunde la tela porque pesa, es decir, se usa la gravedad terrestre para explicar la gravedad. Además solo muestra dos dimensiones espaciales y omite la más importante: lo que más se curva no es el espacio, es el tiempo. Cuando sueltas una piedra, cae sobre todo porque el tiempo transcurre a distinto ritmo a distintas alturas.

Cuatro veces que podría haber fallado

Una teoría bonita no vale nada si no predice cosas comprobables que otras teorías no predicen. La relatividad general lleva más de un siglo sometiéndose a esa prueba, y de momento la ha pasado todas las veces.

La primera fue la que convenció a Einstein de que iba por buen camino. La órbita de Mercurio, el planeta más pegado al Sol, gira lentamente sobre sí misma, y de ese giro había 43 segundos de arco por siglo que las cuentas newtonianas no lograban justificar. Se llegó a postular un planeta invisible, Vulcano, para cuadrarlo. Cuando Einstein metió los números en sus ecuaciones nuevas y salieron exactamente esos 43, contó que le dieron palpitaciones y estuvo días sin poder trabajar.

La segunda lo hizo famoso en todo el mundo. Si la masa curva el espacio, la luz que pasa cerca del Sol debe desviarse, y en una cantidad concreta: el doble de lo que predeciría la física de Newton. El problema es que junto al Sol no se ven estrellas. La solución fue esperar a un eclipse solar total: el 29 de mayo de 1919, expediciones británicas a Brasil y a la isla de Príncipe fotografiaron las estrellas alrededor del Sol tapado y compararon sus posiciones. Coincidían con Einstein. Al día siguiente de anunciarse, un físico alemán desconocido para el gran público era portada en Londres, cuatro años después de una guerra entre ambos países.

El tiempo va más despacio abajo

Esta es la consecuencia que más cuesta aceptar y la que tienes funcionando en el bolsillo. Cuanto más intensa es la gravedad, más despacio pasa el tiempo. No es que los relojes se estropeen: es el tiempo mismo. Tus pies, al estar más cerca del centro de la Tierra que tu cabeza, envejecen una fracción infinitesimal más despacio.

En 1959 se midió por primera vez en el laboratorio, comparando dos relojes atómicos separados por los 22 metros de altura de una torre universitaria. Y desde los años noventa, el efecto es un problema de ingeniería cotidiano. Los satélites de navegación del GPS orbitan a unos 20.200 kilómetros, donde la gravedad es más débil, así que sus relojes adelantan unos 45 microsegundos al día. Pero también se mueven muy rápido, y la velocidad los retrasa 7. El saldo neto son los 38 microsegundos diarios del principio. Los ingenieros ajustan la frecuencia de los relojes antes de lanzarlos para compensarlo.

Escuchar cómo se agita el espacio

Si el espacio-tiempo es algo que se deforma, entonces debe poder ondular. Einstein lo dedujo en 1916 y acto seguido concluyó que el efecto sería tan minúsculo que nunca se detectaría. Estuvo cien años teniendo razón en lo primero y equivocándose en lo segundo.

El 14 de septiembre de 2015, dos detectores del observatorio LIGO registraron con siete milisegundos de diferencia la misma sacudida: la fusión de dos agujeros negros de 29 y 36 masas solares ocurrida a 1.300 millones de años luz. Las cifras de la medición son difíciles de asimilar. La onda estiró y encogió los brazos de cuatro kilómetros del detector en una proporción de una parte en mil trillones, es decir, una milésima del diámetro de un protón. Detectar eso significa distinguir esa señal del ruido de los camiones que pasan por la carretera cercana. El Nobel llegó en 2017.

Lo importante no es solo la confirmación, es que abrió un sentido nuevo. Toda la astronomía anterior consistía en recoger luz. Las ondas gravitacionales no son luz y atraviesan lo que sea sin alterarse, así que permiten observar sucesos que no emiten nada visible. Desde entonces se han detectado más de doscientas fusiones, y cada una es un experimento de relatividad general en condiciones que ningún laboratorio puede reproducir.

Lo que todavía no sabemos

Que la teoría está incompleta, y esto no es una opinión ni una crítica: lo sabemos con certeza. La relatividad general describe el universo a lo grande y la mecánica cuántica lo describe a lo pequeño, y ambas funcionan magníficamente en su terreno. El problema es que son incompatibles entre sí. Una trata el espacio-tiempo como algo liso y continuo; la otra exige que todo venga en paquetes discretos y sometido a incertidumbre.

Mientras las escalas no se toquen, la contradicción no molesta. Pero hay dos sitios donde sí se tocan: el centro de un agujero negro y el instante inicial del universo, donde una masa enorme está comprimida en un espacio minúsculo. Ahí las ecuaciones de Einstein devuelven infinitos, que en física es la forma educada de decir «aquí no sé». Hace falta una teoría cuántica de la gravedad que unifique ambas, y llevamos casi un siglo buscándola sin éxito.

Merece la pena quedarse con la magnitud de lo que sí funciona. Un hombre dedujo, a base de pensar en ascensores y en gente cayendo, que el tiempo pasa más despacio abajo que arriba. No tenía manera de comprobarlo. Cuarenta años después se midió en una torre de veintidós metros, y hoy se corrige automáticamente en cada satélite que te dice dónde estás. El resto de lo publicado sobre la estructura del universo está en la sección de cosmología.