Desde hace siglos, la naturaleza de la gravedad ha fascinado a los científicos. Durante mucho tiempo, se pensaba que la gravedad era una fuerza instantánea, es decir, que si un objeto con masa, como el Sol, desapareciera de repente, los planetas dejarían de sentir su atracción de inmediato. Sin embargo, esta idea cambió radicalmente con la llegada de la teoría de la relatividad general de Albert Einstein en 1915. Según Einstein, la gravedad no actúa de manera instantánea, sino que viaja a una velocidad muy específica: la velocidad de la luz.
Para entender por qué la gravedad viaja a la velocidad de la luz, primero es necesario comprender qué es realmente la gravedad en el marco de la relatividad general. Einstein postuló que la gravedad no es una fuerza en el sentido clásico, como lo describió Isaac Newton en el siglo XVII. En lugar de eso, la gravedad es una manifestación de la curvatura del espacio-tiempo, la estructura cuatridimensional que forma el «tejido» del universo. Los objetos con masa, como planetas, estrellas y galaxias, deforman este espacio-tiempo, y es esa curvatura lo que los demás objetos sienten como gravedad.
Curvatura del espacio-tiempo. Imagen: ESA
Imagina una lámina de goma tensada: si colocas una bola pesada en el centro, deformará la lámina, creando una especie de pozo alrededor. Ahora, si pones una canica cerca de ese pozo, rodará hacia el centro debido a la curvatura que la bola ha creado en la lámina. De manera similar, los objetos masivos curvan el espacio-tiempo, y otros objetos sienten esa curvatura como una atracción gravitatoria.
Pero, ¿cómo se propaga esa curvatura en el espacio-tiempo? Según la relatividad especial de Einstein, nada en el universo puede viajar más rápido que la velocidad de la luz. Esto incluye no solo objetos, sino también las «perturbaciones» en los campos, como la gravedad. Si el Sol desapareciera repentinamente, los efectos de su desaparición no se sentirían de inmediato en la Tierra. En lugar de eso, tomaría aproximadamente 8 minutos —el tiempo que tarda la luz en viajar desde el Sol hasta la Tierra— para que notáramos que la atracción gravitatoria del Sol se ha desvanecido.
Las ondas gravitacionales
La idea de que la gravedad viaja a la velocidad de la luz fue confirmada a lo largo de las décadas mediante varios experimentos y observaciones astronómicas. La clave llegó en 2015, cuando el proyecto LIGO (Observatorio de Ondas Gravitacionales por Interferometría Láser) detectó por primera vez ondas gravitacionales, perturbaciones en el espacio-tiempo que se propagan como ondas.
Ondas gravitacionales de un sistema binario compacto. Wikimedia Commons.
Las ondas gravitacionales se originan cuando objetos masivos como agujeros negros o estrellas de neutrones chocan entre sí. Lo notable de esta detección es que las ondas gravitacionales viajan exactamente a la velocidad de la luz, tal como predice la relatividad general.
Este descubrimiento fue un momento crucial para la física moderna, ya que no solo confirmó que las ondas gravitacionales existen, sino que también corroboró que la gravedad se propaga a la misma velocidad que la luz. Antes de este experimento, aunque la relatividad general había sido ampliamente aceptada, no había una confirmación experimental directa de que la velocidad de propagación de la gravedad fuera exactamente la velocidad de la luz.
Las ondas que cambian las distancias
Para entender mejor cómo se detectaron estas ondas gravitacionales, vale la pena profundizar en el diseño de LIGO. Este observatorio es un complejo sistema de interferómetros de láser, con brazos de varios kilómetros de largo, ubicados en dos sitios separados en Estados Unidos. Cuando una onda gravitacional pasa a través de la Tierra, deforma ligeramente el espacio-tiempo. LIGO puede detectar estos cambios diminutos en las distancias entre los extremos de sus brazos. En 2015, LIGO captó una señal que correspondía a la fusión de dos agujeros negros situados a más de mil millones de años luz de distancia, y esa señal llegó exactamente al mismo tiempo que las predicciones basadas en la velocidad de la luz.
A pesar de su éxito, esta no fue la primera vez que se sugirió que la gravedad viajaba a la velocidad de la luz. Ya en 1805, Pierre-Simon Laplace había intentado calcular la velocidad de la gravedad basándose en la mecánica de Newton, pero no obtuvo resultados definitivos. Sin embargo, en el siglo XIX, los avances en el electromagnetismo, particularmente con la teoría de James Clerk Maxwell sobre el campo electromagnético, mostraron que las perturbaciones en los campos eléctricos y magnéticos también viajaban a la velocidad de la luz. Esto llevó a varios científicos a especular que la gravedad podría comportarse de manera similar, aunque no fue hasta la relatividad general que se estableció con rigor.
La gravedad lo atraviesa todo
Un aspecto fascinante de este fenómeno es que, al igual que la luz, las ondas gravitacionales no se ven afectadas por el medio a través del cual viajan. Mientras que la luz puede ser absorbida o desviada por materia, las ondas gravitacionales atraviesan prácticamente todo sin alterarse. Esto permite que los astrónomos estudien eventos cósmicos que de otra manera estarían ocultos a los telescopios convencionales. Por ejemplo, la colisión de agujeros negros, que no emiten luz visible, puede ser detectada mediante las ondas gravitacionales que generan.
Así que no quedan dudas: la gravedad, según la teoría de la relatividad general de Einstein, viaja a la velocidad de la luz. Esta afirmación, que al principio parecía una especulación teórica, ha sido confirmada por experimentos. La propagación de la gravedad no es instantánea, como creía Newton, sino que sigue las mismas reglas que la luz y otras ondas electromagnéticas.
Este descubrimiento no solo ha revolucionado nuestra comprensión del universo, sino que ha abierto una nueva era en la astronomía, permitiendo explorar el cosmos a través de las ondas gravitacionales.