Me mareo relativamente

Las mareas oceánicas en la Tierra, dijimos hace poco, se deben a que la gravedad de la Luna afecta de manera diferente las partes cercanas y las partes lejanas del océano: más fuerte las cercanas y más débilmente las lejanas. Esto produce una aceleración relativa entre ambos lados del mundo, que resulta en un estiramiento del océano en la dirección Tierra-Luna.

El fenómeno es más general que el que produce la Luna en los océanos: la Tierra produce mareas sobre la Luna que han frenado su rotación hasta obligarla a mirarnos siempre con la misma cara, las galaxias se arrancan mareas de estrellas cuando chocan, etc., etc. De tanto pensar en Interestelar se me ocurrió contar una vuelta de tuerca que nos llevará a territorios insospechados.

Imaginemos un experimento a bordo de una Estación Espacial. Dentro de la Estación no sentimos la familiar gravedad, tan presente cada día de nuestras vidas. Ya hemos contado la razón de esta ingravidez, que estrictamente se llama caída libre. Si ponemos una semilla de sésamo en el aire delante nuestro, con mucho cuidado de no empujarla, allí se queda. Si le damos un ligero impulso se alejará en línea recta y con velocidad constante hasta chocar con la pared. Hace exactamente lo que dicen las leyes del movimiento, que conocemos desde Galileo.

Compliquemos el experimento. Si ponemos dos semillas de sésamo, una a algunos centímetros de la otra, allí se quedarán ambas. Ni se acercan ni se alejan. Como dos líneas paralelas dibujadas en un plano, que ni se acercan ni se alejan una de otra. Esta analogía es más profunda que lo que puedo explicar aquí, pero podemos decir que el espacio mismo (el espacio-tiempo, estrictamente) es plano. Las paralelas no se juntan, y las semillas de sésamo tampoco.

Un día recibimos un aumento de presupuesto y decidimos agrandar la Estación. Agrandarla mucho. ¿Qué pasa con el experimento? Bueno, va a pasar como con las mareas: la atracción sobre las dos semillas va a ser distinta si están muy separadas: vistas desde la Estación, habría una aceleración relativa entre ambas. Puede ocurrir como en esta figura, por ejemplo: aunque ambas semillas estén a la misma distancia de la Tierra, las aceleraciones forman un ángulo. Por más que las dejemos inicialmente en reposo acabarán acercándose. Ya no son como las paralelas en un plano. Son más bien como los meridianos en un globo terráqueo: parecen paralelas al principio, pero acaban acercándose. El espacio-tiempo dentro de la Estación no es plano: es curvo.

En otras palabras: dentro de la Estación podemos no sentir la familiar "fuerza de la gravedad", pero allí está: se manifiesta como fuerza de marea. O como curvatura del espacio-tiempo. Son lo mismo: la marea es curvatura, y la curvatura es marea. Son los distintos puntos de vista de Newton y de Einstein acerca de la naturaleza del espacio-tiempo: para uno el agente que mueve las semillas es la fuerza de marea, para el otro es la curvatura del espacio tiempo. Si entendiste esto, entendiste el fundamento de la Relatividad General.

¿Creés que la Relatividad General concierne sólo el movimiento de semillas de sésamo en la Estación Espacial? ¿O los agujeros negros y cosas por el estilo, alejadísimos de la vida cotidiana? ¡Nada de eso! Fijate en lo siguiente. Einstein descubrió todo esto hace 100 años. Nadie, ni Einstein ni ninguno de sus colegas, ni ninguna agencia gubernamental, habría podido detectar que lo que estaba haciendo tendría aplicaciones de algún valor económico o social. Si se hubiera presentado a pedir un subsidio de un hipotético Programa Nacional de Innovaciones de Interés Público se lo habrían negado. Y ningún programa por el estilo habría podido encauzar el trabajo de nadie para que descubriera la Relatividad General. Pero 100 años después tenemos un Sistema de Posicionamiento Global (GPS), que funciona gracias a la Relatividad General, y que ha revolucionado la navegación de todo tipo, la cartografía, la geología y mucho más. Lo mismo, exactamente lo mismo, ocurrió con la electricidad, con la mecánica cuántica, con la decidibilidad, con infinidad de cosas.

Hay una lección para aprender de aquí, y es tan evidente que ni siquiera necesito enunciarla.

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Para leer a toda velocidad como en el final de las publicidades modernas: El experimento dentro de la Estación requiere que la estación no rote. La ISS rota sobre sí misma, para mantener siempre la misma orientación hacia la superficie. El sistema en caída libre se llama sistema inercial de referencia. Si rota deja de ser inercial. Si es muy grande y está cerca de un planeta, deja de ser inercial. Si está cerca del centro de un agujero negro tenemos que hacerlo muy chiquito para que siga siendo inercial. Aun si la estación es pequeña y las semillas están a centímetros de distancia una de otra, la aceleración de la gravedad no es exactamente igual en una semilla que en la otra, y acabarán acercándose: los astronautas llaman a esta situación microgravedad. Las semillas de sésamo aparecen en los ejemplos como "partículas de prueba", que no se atraigan gravitacionalmente entre sí. Las semillas de sésamo son muy ricas.