Experimento 4

EXPERIMENTOS CASEROS

Experimento 4

Simulando la deformación del espacio-tiempo con una tela elástica y una masa.

Con este experimento se pretende visualizar en dos dimensiones la explicación que dio Einstein sobre la fuerza gravitatoria. Según su teoría, dicha fuerza no es más que la deformación del sistema de cuatro dimensiones (tres dimensiones para el espacio y una para el tiempo) que constituye el universo. Al aparecer una masa, el espacio-tiempo se deforma alrededor suyo. Si otra masa aparece, lo deforma a su vez, y su trayectoria se ve influida por la deformación causada por la primera.

Para simular algo parecido en dos dimensiones, colocamos una red de tejido flexible (una mosquitera, por ejemplo) tensa sobre un bastidor que puede ser un aro de gimnasta o dos palos de escoba que sujeten los extremos de un cuadrado de la tela.

Si la red está tensa, simula un trozo de espacio-tiempo muy lejos de cualquier masa. Con un rotulador y una regla podemos dibujar una cuadrícula que representa el espacio-tiempo sin deformar (en ausencia de masas) sobre la red.

Si ahora colocamos una masa (una pelota de tenis o de golf) en la red veremos que la cuadrícula se deforma: el espacio-tiempo se deforma por la presencia de una masa.

Si lanzamos una bolita de poco peso (una bola de ping-pong) intentando que siga una trayectoria recta, veremos que, cuando se acerca a la pelota, se ve obligada a desviarse -o caer sobre ella-, debido a la deformación de la red. Si ajustamos la dirección y la fuerza con las que lanzamos la bolita, conseguiremos que orbite alrededor de la pelota central. Los alumnos visualizarán rápidamente que es como la Luna y la Tierra, y que es la deformación de la red (del espacio-tiempo) la que obliga a la bolita a girar. También verán que la fricción hace que la bola acabe cayendo sobre la pelota y parándose. Pero la Luna no tiene fricción...

Con la bolita quieta, "pegada" sobre la otra, es el momento de decirles que así estamos nosotros "pegados" a la Tierra: damos un salto y enseguida caemos. Damos un pequeño empujón a la bola y vuelve a caer sobre la pelota. De nuevo es la deformación del espacio la causante. Podemos explicar también el concepto de velocidad de escape. Si empujamos la bolita con suficiente velocidad puede escapar y llegar justo hasta el borde de la red. Veremos que la velocidad de escape depende de cómo de deformada esté la red por la masa de la pelota. En la Tierra el concepto es similar, la velocidad de escape es la velocidad que tenemos que dar a cualquier objeto para que se escape de la gravedad terrestre (en la superficie de la Tierra la velocidad de escape es de 11 km/s).

Para Einstein, la fuerza de la gravedad no es más que la deformación geométrica del espacio-tiempo del entorno de las masas y este experimento se parece mucho a su modelo salvo que la cuarta dimensión, el tiempo, permanece en nuestro experimento sin deformar. En realidad, además de mostrar la deformación espacial, hay que decir a los alumnos que los relojes cercanos a la masa se atrasarían, irían más despacio. Esto quiere decir que, aunque a un observador que se acercara a la masa le pareciera que su reloj marcha siempre igual, comparándolo con un reloj muy lejano (al que no afectara casi nada esa masa) iría más lento. El tiempo se deforma por la masa a la vez que el espacio, y se deforma más cuanto más cerca esté de ella.