Las teorías de la gravedad de Newton y Einstein, incompatibles en la cosmología

Dos teorías sobre la gravedad, una propuesta por Isaac Newton hace más de 300 años y otra desarrollada por Albert Einstein hace casi un siglo, son compatibles al aplicarlas a diversos fenómenos físicos a nuestro alcance en la naturaleza, pero presentan diferencias al someterlas a escalas muy grandes, como la cosmológica, donde ambas tienen variaciones respecto a una distribución homogénea de las galaxias.

Esto reveló un estudio de Juan Carlos Hidalgo Cuéllar, del Instituto de Ciencias Físicas (ICF) de la UNAM, realizado en colaboración con Marco Bruni y David Wands, de la Universidad de Portsmouth, Gran Bretaña, que obtuvo mención honorífica en el concurso de la Gravity Research Foundation y fue publicado en la revista The Astrophysical Journal Letters.

“En nuestro trabajo hemos demostrado que, a escalas comparadas con el tamaño del Universo, la distribución de la materia (cúmulos y supercúmulos de galaxias) tendría una estadística particular en la ley de la gravitación de Newton y otra en la teoría de la relatividad general de Einstein. Aunque las diferencias son sutiles, los resultados indican cómo se podrán corregir las simulaciones cosmológicas para ser consistentes con la relatividad general”, explicó Hidalgo Cuéllar.

Esas correcciones se podrían considerar en los mapeos de galaxias que se realicen en las próximas décadas. “La confirmación observacional de la estadística predicha representaría un triunfo a la teoría de Einstein a escalas del tamaño del Universo”, destacó.

El investigador indicó que la teoría de Einstein está basada en la existencia de una velocidad máxima, la de la luz, y ni las cosas ni la información pueden transportarse más rápido que ella. En cambio, en la de Newton no hay esa restricción, es más simplificada y no toma en cuenta en la gravedad otros elementos que contribuyen a la energía gravitacional.

“Si Newton dijo que él se paraba sobre hombros de gigantes, Einstein se paró sobre los hombros de aquél y formuló su teoría de tal forma que se redujera en el límite de interacciones débiles a la teoría de Newton”, expuso.

Triángulos isósceles y equiláteros

Hidalgo subrayó que, en una primera aproximación, la distribución de galaxias que veríamos al comparar ambas teorías sería la misma, pero en una segunda revisión más detallada se perciben diferencias.

Mientras la teoría de Einstein refiere que la distribución corresponde a triángulos isósceles (con dos lados iguales), Newton estima que éstas se acomodan en triángulos equiláteros (con los tres lados de la misma magnitud). “Probamos que los isósceles propuestos por Einstein son los más probables”, detalló el doctor en astrofísica.

El trabajo de Hidalgo y sus colegas es analítico, basado en matemáticas. “Ése es su valor, que proponemos una prueba para la teoría de Einstein a escala muy grande, donde no tenemos experimentos que pudieran validar la teoría de gravedad o alguna de sus alternativas”.

Será de gran ayuda para los astrónomos, a quienes muestra cuáles son las diferencias entre Newton y Einstein al aplicar sus teorías al cosmos. “Estas diferencias no se han observado y es difícil hacerlo; por eso, a futuro esperamos que los sondeos de galaxias, que van a tener lugar para el 2020, pudieran observar este tipo de efectos”, señaló.

Reconocimientos

La investigación de Hidalgo y sus colegas ha sido bien recibida por la comunidad científica. En enero de este año una versión preliminar ganó el premio al mejor póster en el congreso internacional “Cosmología en la playa”, celebrado en Cabo San Lucas.

En mayo, la primera versión del artículo fue reconocida con mención honorífica en el concurso internacional de ensayos de la Gravity Research Foundation. Y recientemente fue publicado en The Astrophysical Journal Letters.