1/6/13

Sobre la teoría de la relatividad - Einstein - 19. El campo gravitatorio


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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