17.- No entendemos la gravedad.

Se advierte que los contenidos de este apartado son deducciones de un modelo de campos estacionarios. No es información de propósito general como la que solemos buscar en una enciclopedia, y probablemente no se entenderá nada sin haber comenzado por la INTRODUCCIÓN.

En el apartado sobre la indomable gravedad ya se describían los principales problemas relacionados con la gravedad: Cómo entender las acciones a distancia, la estabilidad del sistema solar, la materia oscura, la energía oscura, la formación de brazos espirales y la formación de barras en galaxias espirales barradas. Existen teorías más o menos reconocidas pero no se puede decir que se hayan confirmado con seguridad, son misterios que siguen haciendo pensar y materia prima para nuevas formas de imaginar el Universo.

Sobre las acciones a distancia:

Señor Newton, usted explica la gravedad entre la Tierra y una manzana como una fuerza a distancia, ¿es como si hubiera una cuerda invisible uniendo los dos cuerpos? Sí, respondería Newton, pero la cuerda no se comprende como la Tierra y la manzana.

¡Que no, que no!, interrumpiría Einstein, no hace falta una cuerda invisible que tire de la manzana porque se desliza por su propia inercia, sobre un camino que ha sido curvado por la Tierra… ¡Ah, bueno!, entonces la Tierra tira de una cuerda invisible para torcer el camino de la manzana, ¿verdad señor Einstein? Sí, respondería Einstein, pero nada sabemos de la cuerda que une a la Tierra con el espacio-tiempo.

Nadie sabe cómo puede ser la gravedad, concluiría Richard Feynman, pero el vacío podría ser un pozo infinito de partículas virtuales que hacen presión sobre la manzana, empujándola hacia la Tierra… ¡Claro!, y la cuerda invisible podría tirar de las partículas virtuales para que no escapen, ¿no es así, señor Feynman? Sí, respondería Feynman, pero nada sabemos de la cuerda ni de gravitones virtuales.

La cuerda, la cuerda, y la cuerda… Realmente seguimos ignorando cómo pueden ser las acciones a distancia y si el Universo paga un precio por la gravedad. Si la cuerda invisible existe no sabemos cómo puede ser, y si no existe, algo debería expandirse como reacción a la gravedad entre los cuerpos.

Acerca de la estabilidad orbital:

Detrás de todo sistema estable siempre parece existir algún lazo cerrado de regulación, y eso hace sospechar que la teoría del caos no es aplicable en las órbitas planetarias. Como se sabe, cuando las condiciones iniciales de un sistema se cambian ligeramente pero el resultado difiere de forma muy significativa, se dice que el sistema es caótico.

Eso es justamente lo que se ha visto que ocurriría con las órbitas de los planetas interiores del sistema solar, pero no con observaciones reales porque es imposible esperar muchos miles de años para comprobarlo, se ha visto mediante predicciones por ordenador basadas en la teoría de Newton, mecánica lagrangiana y la mecánica celeste de Laplace, y todo lo que demuestran es el caos existente en las teorías aplicadas, no en el sistema solar. ¿Cómo podría ser caótico el sistema solar si ha perdurado más de 100 millones de años?

La órbita más excéntrica del sistema solar es la de Mercurio, y aún así es pequeña. Pero si la gravedad que conocemos no explica la estabilidad orbital, ¿cómo se entiende que las órbitas sean tan circulares si el sistema solar se formó a base de impactos salvajes? Una órbita circular es un caso extremo entre infinitos posibles, podría ocurrir por una cadena de casualidades, impacto tras impacto, perturbación tras perturbación, durante miles y miles de años. Esa cadena de casualidades parece demasiado larga y el sentido común dice que no es posible, mucho menos en tantos planetas a la vez.

¿Qué pasa con la materia y la energía oscuras?

En los últimos años se han utilizado técnicas de computación para simular los efectos de la gravedad a gran escala en el Universo, como la radiación de fondo de microondas, efectos gravitacionales, estudios astronómicos, información de las sondas WMAP, y otros datos obtenidos por sistemas de computación anteriores como la simulación “Millenium”. Conocido como simulación “Bolshoi”, el proyecto empleó más de 6 millones de horas de cálculos con el superordenador Pléiades de la NASA.

Con pocas palabras, la simulación Bolshoi tuvo en cuenta la constante de Hubble como tasa de expansión, marcó un comienzo según la distribución de la radiación de fondo, marcó condiciones posteriores en función de observaciones astronómicas, y ajustó la cantidad y distribución de materia oscura con el fin de comprobar si era posible una evolución como la observada. Los resultados indican que no hay sorpresas en contra de la materia oscura y la energía oscura, que se pueden ajustar mejor que los parámetros de otras teorías, y de momento no se conoce rival para competir con materia y energía oscuras.

¿Y qué se deduce del modelo?

¿Seríamos capaces de imaginar que la Tierra y la manzana de Newton son dos campos que se tensan y se deforman hasta fundirse en uno solo? De ser así, comprenderemos que existe una cuerda muy especial amarrada a los dos cuerpos, tan difusa que no la podemos ver, y tan extraña que si la partimos en rodajas obtenemos esferas huecas con tres dimensiones, en lugar de discos planos que solo tienen dos.

Eso es lo que se ha intentado representar en la imagen que inicia este apartado, la cuerda invisible de la que se intenta desviar la atención mediante curvaturas del espacio, o mediante pozos infinitos de partículas virtuales. Se mire como se mire, el problema de las acciones a distancia sigue implícito en todas las teorías, y sin explicación.

El modelo del apartado 1 va directo al significado de las acciones a distancia, pero también es cierto que no explica por qué no se expanden los campos estacionarios en superposición. Lo mismo que se imagina el vacío como un mar infinito de partículas virtuales, también se pueden imaginar campos en superposición infinitamente extensos, pero si aparece un infinito en juego ya no hay forma de comprender el problema y no queda más remedio que dejarlo al margen, o esconderlo para que no se descubra.

Con los infinitos al margen, la gravedad es una consecuencia directa del modelo. En la animación se representa un campo con ondas en expansión de color negro, y ondas convergentes de color rojo (solo una para mejorar la claridad). Se observa que la onda resaltada de color negro se cruza necesariamente con la opuesta, de forma que su desviación relativa tiene que reducirse si existe un intercambio de cantidad de movimiento. La onda negra será desviada hacia el centro de masas (C), y la roja será desviada hacia la proyección localizada del campo.

Solo se ha mostrado el cruce entre las dos ondas destacadas, pero entendiendo que hay intercambios de movimiento en todos los cruces, y el resultado tiene que ser una deformación del campo y una tensión que tira de la proyección localizada hacia el centro de masas, es decir, gravedad.

Conviene recordar que la cantidad de movimiento de una onda es cero si no se desplaza en el espacio, pero aquí se toma la propagación en todas las direcciones radiales como una sola dirección imaginaria, lo que se justificará más adelante. Cuando dos ondas opuestas se cruzan, el intercambio de movimiento da lugar a un desplazamiento de ambas en la dirección que une los centros, una proyección real que mantiene tensado al campo como si fuera una ligadura elástica, uniendo su proyección corpuscular con el centro de masas.

En el apartado sobre lo que medimos como masa (primera parte), ya se definía que la fuerza o acción entre dos campos es el resultado de multiplicar la densidad de enlace de uno por la sección de enlace del otro, siendo la sección la correspondiente a la densidad normalizada del campo. Eso equivale a multiplicar una tensión por una superficie y no aceleración por masa gravitatoria. De ser así, la fuera de gravedad en reposo sobre la Tierra no tiene nada que ver con aceleración, y lo que medimos como masa gravitatoria es equivalente a la medida de una superficie.

Si el radio de enlace o de superposición entre dos campos (Re) puede considerarse proporcional a la distancia como indica la siguiente figura, la fuerza de enlace entre las dos masas es equivalente a la fuerza de gravedad de Newton, expresada como el producto de masa y aceleración. Esto parece confirmar que es posible interpretar el vacío como una extensión ondulatoria de la materia, que se tensa debido a la superposición y ejerce una acción de arrastre hacia un centro de masas. Esa misma acción es la causa de que las masas aceleren y se pueda igualar al producto de masa y aceleración, como una consecuencia o reacción que marca un equilibrio, no como una equivalencia física a todos los efectos.

¿Qué podría ser el espacio-tiempo si no fuera una extensión de la materia?, ¿qué marca el ritmo de lo que medimos como tiempo si no lo hace la materia?, ¿qué otra cosa vibra cuando se propaga una radiación que no pueda ser materia?, ¿y cómo llegaría tan lejos si no fuera porque la materia se extiende indefinidamente en todas direcciones?

Como se ha dicho tiempo atrás, el radio de enlace es un grado de libertad que puede unificar todas las fuerzas conocidas, y debe aumentar cuando aumenta la distancia, pero también depende del tipo de interacción. En el caso de la gravedad tampoco es imprescindible que dependa solo de la distancia, siendo posible que su crecimiento con la distancia se haga más lento para distancias muy grandes. Es más fácil deformar lo que ofrece menos resistencia, y cuanto más aumente el radio de enlace más disminuye la densidad, ofreciendo menos resistencia y favoreciendo la superposición con un radio de enlace un poco menor. Si eso es posible, la gravedad se reduciría con la distancia pero más despacio, haciendo que las galaxias estuvieran más ligadas y tal vez sin materia oscura, todo dependería del nuevo grado de libertad.

¿Y qué pasa con la estabilidad orbital?

Vale la pena recordar el apartado sobre gravedad retardada, donde se planteaba un potencial newtoniano con distancia dependiente del tiempo y variaciones propagadas a la velocidad de la luz. Se hace difícil justificar que la gravedad dependa de una distancia retardada, y por lo tanto irreal, pero ya vimos que al hacerlo se puede explicar el mismo adelanto en el perihelio de Mercurio que predice la relatividad general, aunque no se conozca si también explicaría la estabilización orbital.

En el modelo propuesto no se retarda la distancia, siempre es la que es, la real, pero sus variaciones deben ser la causa de variaciones en el radio de enlace, que es lo que ocurrirá con retraso porque las deformaciones del campo no pueden transmitirse de forma inmediata. Por lo tanto, cuando la distancia esté aumentando, el radio de enlace aumentará con un cierto retraso y será un poco menor de lo esperable con distancia constante. Pero un radio de enlace un poco menor equivale a una densidad de enlace un poco mayor, en definitiva con un poco más de gravedad cuando la distancia está en aumento. De forma similar, la gravedad será un poco menor cuando la distancia disminuya.

Recorriendo la órbita a izquierdas y comenzando en posición “a” como indica la figura, que es un perihelio, el retraso del radio de enlace respecto de la distancia hará que sea un poco menor del que se podría esperar en equilibrio, ya que la distancia aumenta. Eso implica que la tensión del campo presentará una resistencia a disminuir, y la gravedad se verá un poco más reforzada de lo que se podría esperar por Newton. Por lo tanto, la trayectoria real se desplazará hacia el interior de la órbita de Newton, el afelio “c” o punto más alejado estará un poco más cerca, y el ángulo abarcado será un poco mayor de 180º.

Pasado el afelio, la distancia comienza a disminuir y el retraso del radio de enlace hará que sea un poco mayor de lo esperado en equilibrio. Eso implica que la tensión del campo se resiste a crecer, y la gravedad será ligeramente menor de la esperada por Newton. Por lo tanto, la trayectoria tenderá a desviarse hacia el exterior, y el siguiente perihelio (punto “e”) quedará un poco más lejos que el anterior.

Si tenemos en cuenta que la fase de alejamiento abarca un poco más de 180º, el tiempo de alejamiento debería ser algo mayor que el de acercamiento, justificando que la dirección 3 del perihelio se retrase respecto de la dirección 2 anterior. En consecuencia, no solo se explica la rotación del perihelio sino también una reducción progresiva de la distancia máxima, y un aumento progresivo de la distancia mínima. Como se puede esperar que los retrasos sean muy pequeños si las deformaciones se propagan a la velocidad de la luz, la estabilización orbital será tan lenta como la rotación del perihelio… ¡pero existe!

Recordemos ese ligero frenado de las sondas Pioneer en su alejamiento del sistema solar… Como se ha explicado con la estabilización de las órbitas, las sondas estarían haciendo lo mismo, manteniendo su radio de enlace un poco menor de lo esperado en equilibrio y experimentando una gravedad un poco más reforzada.

No alcanzo a comprender por qué no preocupa el problema de la estabilidad orbital. Ahí está el sistema solar, diciendo que es más estable de lo que predice cualquier teoría, pero nada se encuentra sobre cómo puede ser. La figura anterior es un esbozo de lo que yo pensaba que podía ser, pero tenía que comprobarlo mediante programación, y parte de los resultados pueden verse en las series de figuras que se muestran a continuación.

Las masas corresponden al Sol y Mercurio aunque los demás datos no sean los reales, la deformación inicial es la distancia inicial de Mercurio al centro de masa, que lógicamente casi coincide con su distancia al Sol. El movimiento comienza en un afelio con velocidad de 30Km/s, y la velocidad de la luz se ha reducido a solo 25000Km/s. Se ha considerado que la velocidad de la luz es la velocidad de propagación de las deformaciones, y se ha reducido tanto para exagerar el efecto de las correcciones orbitales, que de otro modo serían demasiado lentas. Por último, la órbita de color rojo es la que describiría con gravedad newtoniana, como acción a distancia inmediata, y la verde la correspondiente al retardo de transporte con la velocidad que se ha indicado.

Salta a la vista que a medida que se reduce la excentricidad se hace más y más lenta su corrección, y eso sin olvidar que los resultados responden a una exageración del retardo de transporte. Al resultado final se ha llegado después de pasar 106 veces por el perihelio, casi 106 órbitas completas en un tiempo estimado de más de 120 millones de segundos, aproximadamente 3.8 años. Ya se parece a un círculo pero todavía no lo es, puesto que si las correcciones son más lentas cuanto más cerca del círculo se encuentra, el tiempo necesario para llegar al círculo perfecto debería ser infinito.

Como aspectos notables hay que destacar que la órbita final cuando se alcanza la estabilidad es circular y corta a la órbita de Newton en los mismos puntos que el eje vertical trazado por el centro de masas, como se ha destacado. Puesto que la masa mayor tiene desplazamientos despreciables, se puede considerar que dicho eje pasa por el foco de la elipse de Newton, de forma que en este caso particular, el radio final de la órbita coincide con el parámetro p de la órbita de Newton.

Aunque no sea ninguna sorpresa, es importante observar que la excentricidad se reduce con pérdida de energía, puesto que las órbitas de igual energía se caracterizan por tener iguales los semiejes mayores. Si la órbita circular final fuera de igual energía que la inicial, debería tener un radio coincidente con el semieje mayor de la órbita inicial. Lo mismo que sucede con las correcciones, la energía perdida en dichas correcciones aumenta con la excentricidad, porque se reduce más rápidamente el semieje mayor. Tal como se ha dicho, la pérdida de energía no es una sorpresa porque existe un retardo de transporte, y el campo gravitatorio no puede ser conservativo.

Si revisamos detenidamente el proceso de estabilización en las figuras anteriores… ¿qué sugiere? Es verdad que el proceso real sería mucho más lento, pero es evidente que si una masa en órbita excéntrica se comporta así, entonces hace un barrido exhaustivo a medida que progresa su estabilidad y se acerca hacia órbitas de menor energía. Si trasladamos ese comportamiento a los comienzos del sistema solar, se comprendería muy bien que algunos planetas sean tan grandes porque se habrían comportado como escobas que recogen los escombros que aparecen en su camino, y es bastante claro que un barrido tan exhaustivo sería mucho más eficiente que rápidas incursiones periódicas.

Eso explicaría muy bien uno de los problemas que ponen en jaque al modelo de nebulosa solar, pues parece ser frecuente que planetas del tamaño de Júpiter, o mayores, aparezcan extrañamente cerca de otras estrellas de nuestra galaxia. Hay planetas que parecen estar donde no les corresponde, y si aceptamos el modelo de nebulosa solar tenemos que reconocer que algunos planetas emigran, que cambian su distancia media a la estrella que orbitan. Pero se hace difícil creer que un planeta del tamaño de Júpiter pudiera emigrar, porque muy grande sería la perturbación necesaria.

Si la estabilidad que se ha descrito fuera correcta, la emigración de los planetas durante su formación sería la norma y no la excepción, y tampoco debería ser extraño que algunos aparezcan más o menos cerca, puesto que dependería de la excentricidad de su órbita y su energía iniciales, y eso se puede atribuir perfectamente a la casualidad. Por supuesto, también se explica lo que de otro modo sería increíble, que todas las órbitas de los planetas, todas, sean casi como círculos perfectos.

Esta prueba de estabilidad ya se había hecho con una versión anterior del programa, estimando el retardo de transporte en un solo sentido, y las conclusiones acerca de la desviación del perihelio resultaron negativas. Existía desviación, pero en retraso, cuando lo esperado tendría que ser un adelanto. En principio, parecía lógico que si duplicamos el retardo en un solo sentido de propagación, los resultados deberían ser parecidos a una propagación de doble sentido pero con la mitad de retardo. Sin embargo, los resultados eran siempre un retraso del perihelio, y eso hacía sospechar que añadir propagación de ida y retorno no serviría de mucho.

Pero sirvió… El simple hecho de seguir sumando “longitudes” entre datos de distancias que se propagan, hasta completar dos veces la distancia actual, significó una inversión radical en la desviación del perihelio, pero en el sentido correcto como vemos en la siguiente imagen, pues la gráfica se ha trazado con eje vertical aumentando hacia abajo.

Como última conclusión, parece justificado decir que la rotación del perihelio solo es un efecto secundario que tiene por causa algo mucho más importante: Una estabilidad orbital que todavía no se ha reconocido que existe.

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