19. El campo gravitatorio
A la pregunta
de por qué cae al suelo una piedra levantada y soltada en el aire
suele contestarse «porque es atraída por la Tierra». La física moderna formula
la respuesta de un modo algo distinto, por
la siguiente razón. A través de un
estudio más detenido de los fenómenos electromagnéticos se ha llegado a
la conclusión de que no existe una acción inmediata a distancia. Cuando un imán atrae un trozo de hierro, por
ejemplo, no puede uno contentarse con
la explicación de que el imán actúa directamente sobre el hierro a través del espacio
intermedio vacío; lo que se hace es, según idea de Faraday, imaginar que el imán crea siempre en el espacio circundante
algo físicamente real que se denomina «campo magnético». Este campo
magnético actúa a su vez sobre el trozo de
hierro, que tiende a moverse hacia el imán. No vamos a entrar aquí en la
justificación de este concepto
interviniente que en sí es arbitrario.
Señalemos tan sólo que con su ayuda es posible explicar teóricamente de modo mucho más satisfactorio los fenómenos electromagnéticos, y en especial
la propagación de las ondas
electromagnéticas. De manera análoga
se interpreta también la acción de la gravedad.
La
influencia de la Tierra sobre la piedra se produce indirectamente.
La Tierra crea alrededor suyo un campo gravitatorio. Este campo
actúa sobre la piedra y ocasiona su movimiento de caída. La intensidad de la
acción sobre un cuerpo decrece al alejarse
más y más de la Tierra, y decrece
según una ley determinada. Lo cual, en
nuestra interpretación, quiere decir que: la ley que rige las propiedades espaciales del campo gravitatorio tiene que ser una ley muy determinada para representar correctamente la disminución de la
acción gravitatoria con la distancia
al cuerpo que ejerce la acción. Se
supone, por ejemplo, que el cuerpo (la Tierra, pongamos por caso) genera
directamente el campo .en su vecindad inmediata; la intensidad y
dirección del campo a distancias más grandes
vienen entonces determinadas por la ley que rige las propiedades
espaciales de los campos gravitatorios.
El campo
gravitatorio, al contrario que el campo eléctrico y
magnético, muestra una propiedad sumamente peculiar que es de importancia
fundamental para lo que sigue. Los cuerpos que se mueven bajo la acción exclusiva del campo gravitatorio experimentan una
aceleración que no depende lo más
mínimo ni del material ni del estado físico del cuerpo. Un trozo de plomo y
un trozo de madera, por ejemplo, caen
exactamente igual en el campo gravitatorio (en ausencia de aire) cuando los dejamos
caer sin velocidad inicial o con velocidades iniciales
iguales. Esta ley, que se cumple con extremada exactitud, se puede formular también de otra manera sobre la base de la siguiente consideración.
Según la ley del movimiento de Newton se cumple
(fuerza) = (masa inercial) • (aceleración),
donde la
«masa inercial» es una constante característica del cuerpo
acelerado. Si la fuerza aceleradora es la de la gravedad,
tenemos, por otro lado, que
Pues bien,
si queremos que para un campo gravitatorio dado la aceleración sea siempre
la misma, independientemente de la
naturaleza y del estado del cuerpo, tal y como demuestra la experiencia, la relación entre la masa
gravitatoria y la masa inercial tiene que ser también igual para todos los cuerpos. Mediante adecuada elección de las unidades puede hacerse que esta
relación valga 1, siendo entonces
válido el teorema siguiente: la masa
gravitatoria y la masa inercial de un cuerpo son iguales.
La antigua mecánica registró este
importante principio, pero no lo interpretó. Una interpretación
satisfactoria no puede surgir sino reconociendo que la
misma cualidad del cuerpo se manifiesta como «inercia» o como
«gravedad», según las circunstancias. En los párrafos
siguientes veremos hasta qué punto es ese el caso
y qué relación guarda esta cuestión con el postulado de la relatividad general.
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