Las fuerzas de marea llevan la firma matemática de las ondas gravitacionales.

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En febrero de 2016, un equipo internacional de físicos anunció la primera observación directa de ondas gravitacionales. Las ondas habían sido producidas por la gigantesca colisión de un par de agujeros negros, cada uno con una masa de aproximadamente 30 veces la del sol, un choque tan cataclísmico que envió ondas a través del tejido del espacio-tiempo.

El descubrimiento fue un triunfo para la comunidad física. Sabían desde hace mucho tiempo que la teoría de la relatividad general de Einstein sugería que las ondas en el espacio-tiempo eran posibles. Estas ondas aprietan y estiran el espacio en distancias menores que el ancho de un protón. Para detectarlos, los físicos construyeron una red de detectores enormemente sensibles que cuestan más de mil millones de dólares. Así que el descubrimiento de las primeras olas en 2016 fue tanto un alivio como un éxito significativo.

Ahora, dos físicos dicen que las ondas gravitacionales se han estado ocultando a simple vista todo el tiempo. Rituparno Goswami, de la Universidad de KwaZulu-Natal, y George Ellis, de la Universidad de Ciudad del Cabo, ambos en Sudáfrica, utilizan hoy algo de magia matemática para demostrar que las fuerzas de marea son ondas gravitacionales. Estas son las mismas fuerzas que hacen que el nivel del mar suba y baje a medida que la luna se mueve alrededor de la Tierra. Las fuerzas de marea son en realidad una forma oculta de ondas gravitacionales, dicen.

Primero algunos antecedentes. La teoría de la gravedad de Newton se basa en la idea de que todas las masas generan una fuerza gravitatoria atractiva que explica una amplia variedad de fenómenos: la trayectoria de una manzana que cae, el movimiento de los planetas alrededor del sol, etc.

La teoría de Newton también explica las mareas. Estos son el resultado de la forma en que las fuerzas gravitatorias varían con la distancia: el lado de la Tierra que mira hacia la Luna experimenta una atracción gravitacional ligeramente más fuerte que el lado que mira hacia el otro lado. El resultado es una especie de estiramiento que tira de los océanos de un lado a otro a medida que la Tierra gira.

Goswami y Ellis comienzan señalando que la teoría de Newton no tiene en cuenta una importante ley de la física: que nada puede viajar más rápido que la velocidad de la luz, ni siquiera las fuerzas gravitatorias. Por lo tanto, las fuerzas gravitatorias de la luna tardan en llegar a la Tierra. Ninguna influencia puede viajar más rápido que la velocidad de la luz: la influencia de las mareas no puede ser instantánea, dicen los físicos.

Einstein primero formuló este límite de velocidad cósmica en su teoría especial de la relatividad y luego la incorporó a su teoría general, que describe la gravedad como una especie de distorsión en el tejido del espacio-tiempo. Esto condujo inmediatamente a la idea de que este tejido podría soportar ondas similares a las de las olas.

Goswami y Ellis dicen que las fuerzas de marea son una forma de radiación gravitatoria. Pero para ser ondas, deben variar en el tiempo de una manera especial dictada por la teoría general de la relatividad. Los físicos continúan demostrando matemáticamente que las fuerzas de marea tienen exactamente estas propiedades, aunque en una escala mucho menor que las ondas generadas por las colisiones de agujeros negros. El resultado es algo así como un tecnicismo, pero sin embargo interesante.

En esencia, Goswami y Ellis dicen que las fuerzas de marea son ondas gravitacionales de baja frecuencia. Esta teoría hace algunas predicciones que son diferentes del sabor de la gravedad de Newton. Por ejemplo, Goswami y Ellis señalan que las fuerzas de las mareas deberían tardar 1,3 segundos en viajar desde la Luna hasta la Tierra. Y si el océano fuera uniformemente profundo en todas partes sin continentes, las mareas retrasarían la posición de la Luna en el cielo por 0,66 segundos de arco, dicen. Eso es aproximadamente el ancho de un centavo visto desde dos kilómetros de distancia.

Tal efecto puede ser medible, aunque Goswami y Ellis no amplían su análisis para sugerir cómo. Pero sí significa que los efectos de las ondas gravitacionales son mucho más fáciles de detectar de lo que nadie imaginaba. Un día en la playa, ¿alguien?

Ref: arxiv.org/abs/1912.00591 : Las fuerzas de marea son ondas gravitacionales

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