Cuenta la conocida leyenda, que una simple manzana al caer despertó en la mente de uno de los científicos más brillantes de la Historia, tal vez el aspecto de la realidad que más nos influye en todo momento:
la fuerza de la gravedad. Esta fuerza de la naturaleza, define sobre nosotros todo el entorno que nos rodea: el planeta sobre el que vivimos, la atmósfera que respiramos, e incluso
nuestra forma como especie.
Si deseamos soñar con conquistar el espacio, inevitablemente debemos ser conscientes de hasta qué punto estamos atados a nuestro querido, a la vez que maltratado, planeta. La gravedad es el «cordón umbilical» que de momento, une nuestros destinos al de nuestra «madre» Tierra.
Esa madurez necesaria o «evolución» de nuestra especie, la mostraron magníficamente Kubric y Clarke en 2001: una odisea del espacio. En esta obra, se muestra inicialmente al ser humano como un niño, que «gatea» en cuanto sale de su entorno «doméstico» terrestre. El famoso Monolito vuelve a dar un empujón a la evolución y convierte al ser humano en una nueva especie, que ya no vive atada a la gravedad. Una criatura «cósmica».
Esta parte de la ciencia-ficción, que especula sobre el sueño de viajar por el universo del ser humano, y que desea hacerlo en términos lo más coherentes con el método científico, ha de pensar en este serio handicap si ha de imaginarse a la especie humana en su forma actual navegando por entre las estrellas. Para ello, sus autores han debido de imaginar una serie de artefactos movidos por principios físicos alternativos, pero que un día serán necesarios unos parecidos si se desea lograr estas hazañas. El objetivo de algunos de estos artefactos no es otro que el de recrear la fuerza gravitatoria terrestre, de la mejor forma posible.
Para poder comprender cuales son las dificultades a las que se enfrentan los autores de ciencia-ficción, y poder disfrutar de sus obras, es necesario por tanto conocer en primer lugar qué es la fuerza de la gravedad. Si, claro, es la fuerza con la que nos atrae el planeta tierra hacía el, pero ¿de qué forma lo hace?
La Gravedad
(NOTA: todo lo expuesto en este apartado es REAL, salvo que se indique lo contrario)
Las fuerzas que conocemos deben su influencia a lo que se conoce como un «intercambio de partículas». Es decir, dos cuerpos «saben» que están experimentando la influencia mutua de una fuerza gracias a que intercambian una información. Esta no es otra que partículas llamadas genéricamente «cuantos», debido a que fueron definidas gracias a la
mecánica cuántica. En función de los tipos de cuerpos y fuerzas que intervienen, estos
cuantos reciben un nombre distinto. Las fuerzas fundamentales y sus partículas de intercambio asociadas son las siguientes (fuente:
Wikipedia):
- Fuerza nuclear fuerte: responsable de la unión de los quarks para formar neutrones y protones, y de la unión de estos para formar el núcleo atómico. Las partículas de intercambio que median esta fuerza son los gluones.
- Fuerza nuclear débil: responsable de la radioactividad, es una interacción repulsiva de corto alcance que actúa sobre los electrones, neutrinos y los quarks. Los bosones W y Z son los que median en esta fuerza.
- Fuerza electromagnética: actúa sobre las partículas cargadas eléctricamente. El fotón es la partícula de intercambio para esta fuerza.
- Fuerza gravitacional: actúa sobre todas las partículas con masa. Se postula que hay una partícula de intercambio que se ha denominado gravitón, aunque todavía no se ha podido comprobar. Éste es entre otros, uno de los puntos clave a desvelar en el proyecto LHC.
Como se puede observar, la excepción a lo dicho es precisamente la fuerza gravitatoria, para la cuál se ha postulado con una partícula de intercambio cuya existencia es totalmente hipotética. Es decir, mientras que los principios físicos que explican el funcionamiento de las restantes fuerzas de la naturaleza son conocidos, y que permiten gracias a ello diseñar desde motores eléctricos a reactores nucleares, para la gravedad no tenemos
ni pajolera idea. La hipótesis de la existencia del
gravitón se debe principalmente, a un «
principio de simetría» que se asume en la ciencia. Es decir, si hay una o varias partículas de intercambio en el resto de las fuerzas, para la gravedad se entiende que ha de ser igual, o parecido. Pero no se tiene ninguna prueba de que sea así. El gravitón es tan cierto o poco más, que lo que se postula en muchas de las obras de ciencia-ficción conocidas.
El espacio-tiempo
Albert Einstein demostró que es posible modelar matemáticamente la gravedad de forma que no se le considera una fuerza, si no que su efecto a larga distancia se debe a que causa una deformación en el espacio-tiempo (
Teoría de la relatividad general). ¿Que qué es el espacio-tiempo?, bueno, para ser breve digamos que es el «tapiz» sobre el que está «dibujado» nuestro universo, formado para nosotros por las tres dimensiones geométricas, más la temporal. Continuando con los símiles, se podría decir que la atracción gravitatoria es debida a una «hendidura» del espacio-tiempo hacia una cuarta dimensión espacial. Nosotros, pobres mortales de tres dimensiones, no podemos escapar de la influencia de esta hendidura. «Caemos» en ella por sujetos que estemos, al sentir su acción.
Esta influencia que un cuerpo con masa ejerce sobre otro es continua, lo que hace que se acerquen uno al otro a cada vez mayor velocidad (dependerá de la fuerza con la que cada cuerpo actúe sobre el otro, y esta será mayor cuando menor sea la distancia, y mayor la masa del cuerpo). Esto es lo que se conoce como aceleración. Si se abriera un agujero bajo nuestros pies en la Tierra, a nivel del mar, caeríamos por él con una aceleración de 9.8 m/s
2. El producto de este valor por nuestra masa (cantidad de materia de la que estamos compuestos), es lo que se conoce como «peso». El peso es la manifestación de la fuerza de la gravedad, que nos la recuerda constantemente.
Simulando la gravedad: la inercia
De lo dicho hasta ahora se deduce que el efecto que la gravedad produce sobre nosotros es básicamente una aceleración. Y aquí viene lo bueno, ya que las aceleraciones son relativamente fáciles de conseguir. Cuando aceleramos un automóvil en el que nos encontramos, es bien conocido el efecto de sentir una fuerza que nos oprime contra el respaldo del asiento. Esta fuerza
no es tal en realidad, aunque nuestra masa y la aceleración del automóvil nos permitan definirla como si lo fuera. Es en este punto dónde aparece un nuevo personaje:
la inercia.
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Dibujo nº 1: la flecha azul indica la fuerza que el motor imprime al automóvil, que es la única existente en el ejemplo y conocida por el observador. Sin embargo, el conductor del automóvil siente una fuerza (flecha roja) sólo percibida por el y que se debe únicamente a la inercia, o tendencia a permanecer en el mismo estado. (fuente: elaboración propia)
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La inercia (
1ª Ley de Newton) es un principio de la naturaleza por la cuál todo tiende a permanecer en su estado. Para hacerlo cambiar, hay que aplicar una fuerza (
2ª Ley de Newton). Cuando aceleramos el automóvil, el motor imprime una fuerza motriz a las ruedas, por lo cual este va aumentando de velocidad. Todo lo que esté en su interior tiene la mala costumbre de permanecer como estaba, por dar la contraria más que nada. No lo consigue, claro, pero esa oposición se manifiesta en una reacción (
3ª Ley de Newton) en sentido contrario de magnitud proporcional a la aceleración del automóvil. Al conjunto formado por el automóvil y sus ocupantes se le llama
sistema de referencia no inercial, (sus ocupantes aprietan con sus cuerpos los asientos, como si una mano invisible les empujara, intentando permanecer en su mismo estado, sin lograrlo) respecto al sistema formado por un observador externo sobre el suelo, o también,
sistema de referencia inercial (que conserva su inercia: en reposo o en movimiento lineal uniforme)
En este momento es cuando nos podemos dar cuenta de una maravillosa certidumbre: la gravedad es la única que es capaz de someternos a su fuerza sin tener que estar en movimiento. Nosotros sin embargo, hemos de hacer uso de la inercia cambiando constantemente de velocidad (acelerar), para poder simularla. Esto es un engorro, ya que al final podemos acabar en cualquier parte. Afortunadamente, existe una forma de crear una fuerza parecida sin movernos del sitio. O casi.
La fuerza centrifuga
Un movimiento circular puede describirse como un movimiento lineal de velocidad uniforme, pero que cambia constantemente de dirección. Por la 1ª Ley de Newton, para que algo cambie de estado se le ha de aplicar una fuerza. Esto significa que para que se pueda dar un movimiento circular, ha de aplicarse una
fuerza centrípeta, cuyo origen sea precisamente su centro. El lector más avispado ya habrá intuido que, por la 3ª Ley de Newton, a una fuerza centrípeta le corresponderá una
fuerza centrifuga, en sentido contrario (hacía fuera). Y aquí es donde está la gracia, ya que de esta forma tenemos una fuerza que puede hacerse equivalente a la de la gravedad. Tan solo es necesario un dispositivo que nos mantenga cogidos con fuerza (centrípeta) y nos haga girar. Pero de nuevo, esto tiene «trampa». Según la opinión de los expertos en física, la fuerza centrifuga:
existir, no existe, pero haberla, «hayla»
Digamos que por el mismo
«tecnicismo» del automóvil, la fuerza centrifuga sólo existe, aunque parezca una perogrullada, para los que están sometidos a ella. Para un observador externo dicha fuerza no aparece por ningún lado. Lo único que contempla dicho observador es que el individuo dando vueltas en el dispositivo, no sale despedido
tangencialmente gracias a una fuerza centrípeta con la que están sujetos a el. Es decir, tan sólo el individuo montado en el dispositivo experimenta una fuerza que el percibe como perpendicular al movimiento (en realidad, al ser un movimiento uniforme no hay forma de distinguirlo de estar parado). Esto es debido a que los sistemas de referencia, son distintos para el atrevido individuo montado en el dispositivo, y el cauto observador.
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Dibujo nº 2: en este caso, un dispositivo imprime un movimiento circular (flecha verde) a un voluntario imaginario. Este dispositivo le retiene mediante un eje y los arneses de seguridad correspondientes, con una fuerza centrípeta (flecha amarilla). Esta fuerza es la que un observador externo percibe como la que impide que el voluntario salga despedido tangencialmente al movimiento circular (flecha azul). Sin embargo, nuestro intrépido voluntario percibe como una fuerza que le empuja contra su asiento, en sentido contrario a la fuerza centrípeta: es la fuerza centrífuga (flecha roja). (fuente: elaboración propia)
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Hay que añadir que este dispositivo existe y su uso forma parte del entrenamiento de los astronautas y pilotos de aviones a reacción. En cuanto a obras de ciencia-ficción que respetan ―ver nota― estos principios, el ejemplo más señalado es nuevamente 2001: una odisea del espacio: la Discovery posee un enorme cilindro en rotación, en el que hacen la vida sus tripulantes. De igual forma, su famosa estación espacial debe su forma de dos toroides en paralelo, no a un capricho de diseño, si no a la necesidad de recrear la gravedad terrestre.
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Foto: interior de la Discovery (fuente: fotograma de la película 2001, Una odisea del espacio)
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En Mundo Anillo (
Larry Niven, 1970), a pesar de la enorme capacidad tecnológica que supone la construcción de un mundo en forma de anillo que rodee por completo a su Sol, la gravedad artificial se genera mediante el simple mecanismo de la fuerza centrífuga.
Mención especial naturalmente, al
Cilindro de O'Neil que aparece en
Cita con Rama (
Arthur C. Clarke, 1972), un artefacto gigantesco de forma cilíndrica que emula la gravedad girando sobre su propio eje, y albergando en su interior todo un pequeño mundo.
En Fiasco (
Stanislaw Lem, 1988), su autor nos sorprende con una impresionante y magnífica nave espacial llamada el
Eurídice, la cuál alberga una tecnología capaz de realizar las más asombrosas proezas de la física, como curvar el espacio-tiempo hasta crear singularidades. Sin embargo, el método que utilizan para recrear la gravedad terrestre no es otro que la posible, real y simple aceleración continua, como si de un automóvil se tratase, salvo en que es ayudado de unos giroscopios que detectan los cambios de dirección y de aceleración, para ajustar en posición internamente el espacio habitable de la nave y de esta forma, lograr una gravedad estable.
El generador de gravedad
(NOTA: todo lo expuesto en este apartado es sobre dispositivos FICTICIOS, salvo que se indique lo contrario)
Si deseamos imaginar qué ocurriría si dispusiésemos de un hipotético motor de gravedad, se debe tener en cuenta todo lo expuesto, como mínimo, para poder postular sobre sus efectos. No obstante, las lagunas científicas actuales permiten un generoso margen para la imaginación. Asumiendo entonces su existencia y la de las condiciones necesarias para hacerlo funcionar, establecemos nuestra suspensión de la incredulidad en este punto y activamos nuestro generador de gravedad artificial. Y a ver qué pasa.
En principio, podemos suponer que al modificar la curvatura del espacio-tiempo y crear un nuevo marco de referencia, el campo de gravedad artificial nos aislaría de cualquier otro del exterior. Es decir, suponiendo que nos encontramos en el interior del campo de gravedad artificial creado en nuestro imaginario experimento, la gravedad que nos sujeta contra el suelo del hipotético laboratorio, no es la del planeta Tierra. Esto significaría que si coloco nuestro generador en una plataforma móvil (por ejemplo, en un camión), las aceleraciones que experimentara el vehículo no las notaría, como sí ocurría en el caso del automóvil.
Tal vez no sea tan drástico su efecto aislador y los campos gravitatorios cercanos y aceleraciones sobre la plataforma experimental, afecten inercialmente a los ocupantes de la misma, en alguna medida. En todo caso, podemos imaginar algún tipo de realimentación proveniente de un sensor adecuado (un simple acelerómetro como los de los
smartphones, alimentando un
sistema servo-regulado) que compensase este efecto. De esta forma, la gravedad y la inercia se mantendrían estables, dentro del campo de gravedad artificial.
Esto es poco más o menos lo que debieron imaginar los autores de Star Trek, o al menos, los que han participado en este proyecto en sus muchas secuelas. En el puente de mando de las naves de la Federación de esta célebre saga, nadie está sujeto con arneses ni cinturones de seguridad. Tan sólo cuando se produce algún impacto fuerte que afecte a los sistemas de soporte vital, podemos ver a sus ocupantes tambaleándose o cayendo a un lado.
Se puede especular también sobre hasta qué punto el campo gravitatorio podría retener la atmósfera. No hay que olvidar que lo único que retiene el aire de nuestro planeta es precisamente la gravedad. La diferencia fundamental que podría existir sería la diferencia de presión, que produciría una fuga constante de aire en las inmediaciones del campo gravitatorio.
Otra posibilidad, sería la de utilizar la generación de algún tipo de fuerza gravitatoria, como una alteración del propio campo gravitatorio terrestre (o de cualquier otro cuerpo lo suficientemente grande), de forma que se utilizase para levitación. Una especie de «colchón» gravitatorio, o incluso de repulsión. Estos ejemplos serían el aerodeslizador de Luke Skywalker en sus paseos por Tatooine, o los Spinner voladores de Blade Runner.
Conclusiones
El conocimiento que la ciencia posee sobre los fundamentos del campo gravitatorio, es muy pobre en comparación con los que se tienen del resto de fuerzas que intervienen en la naturaleza. A causa de esto, es posible especular con cierta libertad sobre imaginarios artefactos que nos permitan disfrutar de un entorno adecuado a nuestras limitaciones físicas, lejos, «muy, muy lejos», de nuestro hogar.
La ciencia-ficción no tiene intención de dar pábulo a ciertos
mitos sobre sistemas de ingravidez que afirman ser reales, a pesar de no ofrecer las suficientes pruebas. No pretende ir contra la ciencia ni le molesta seguir sus preceptos lo más mínimo. Como en todo, siempre hay quien no da ejemplo, pero creo que la mayoría de obras del género tan solo desean superar las limitaciones que la propia condición humana, tal y como la ciencia describe, tiene para aventurarse de forma prolongada fuera de nuestro entorno natural.
Lo que si se puede afirmar sin temor a equivocarse demasiado es, que el día en que los seres humanos lleguen a dominar las fuerzas gravitatorias, se abrirá a partir de ese momento un abanico de proezas posibles que dejarán seguramente en ridículo a muchas de las postuladas en las obras de ciencia-ficción.
Pero de momento, los principios fundamentales de la gravedad son unos grandes desconocidos para la ciencia, por mucho que piensen algunos. Algunos de los intentos para conocerla se centran en las llamadas Teorías de unificación (en concreto las de la
gravedad cuántica), que intentan encontrar la necesaria relación que ha de existir entre todas las fuerzas de la naturaleza. Aunque como se ha apuntado anteriormente, según Einstein la gravedad podría no ser realmente una fuerza, sino una característica inalterable del propio espacio-tiempo cuyo efecto sentimos y representamos como tal, pero sin serlo.
Otras visiones que van en esta línea, dicen que es una ilusión, una consecuencia de otros principios de la física (
la termodinámica), más que una acción directa.
En definitiva, tal vez la Humanidad no llegue a descubrirlo nunca y «todos estos momentos se pierdan como lagrimas en la lluvia». Pero mientras tanto, nos queda el consuelo de soñar con ello.
Enlaces de referencia
NOTA (23/01/2022): siendo escrupulosos y haciendo los cálculos correctos, algunas fuentes fiables advierten que las dimensiones y velocidad de rotación del cilindro hábitat de 2001 no sería suficiente para crear una gravedad como la terrestre.
Artículo publicado originalmente en el portal Planetas Prohibidos el 11 de diciembre de 2011 
Aunque los héroes no son más que 
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