“¡Estamos en gravedad cero!” — Este... deja que te diga algo.

Seguro que has oído esa frase en películas, series o incluso en vídeos de astronautas o cosmonautas flotando en el espacio. Y sí, ahí están, moviéndose como plumas en el aire… o mejor dicho, en el "vacío". Entonces, ¿es verdad que están en “gravedad cero”? Pues no, no lo es.

Vamos a dejarlo claro desde el principio: la gravedad está en todas partes. Incluso donde parece que no está.

¿Qué es eso de la “gravedad cero”?

Lo que normalmente llamamos “gravedad cero” es un nombre algo tramposo. Deberíamos hablar de microgravedad (valores muy bajos de gravedad) o, mucho mejor, de ingravidez (sensación de ausencia de gravedad). Suena menos espectacular, pero es mucho más preciso y, sobre todo, cierto.

Imagina que estás en una montaña rusa justo en el momento en que comienza a caer. Por un instante, sientes que tu cuerpo se levanta del asiento: estás cayendo. No porque no haya gravedad, sino porque tú y el asiento caéis al mismo ritmo. Esa es la sensación que tienen los astronautas… ¡pero todo el tiempo!

Están en caída libre constante. Orbitan la Tierra, sí, pero cayendo hacia ella sin llegar a tocarla, porque se mueven tan rápido de forma tangencial que la curva de su caída coincide con la curvatura del planeta. Como decía Perelman, están en caída constante pero no aciertan a chocar contra la Tierra 😉 Por cierto que la velocidad tangencial que necesita la nave para seguir sin "acertar" se puede calcular como: 

Entonces… ¿por qué flotan?

Porque están en un entorno donde todo está cayendo a la vez: ellos, su nave, los objetos dentro… no hay “suelo” que los detenga. Y como nada frena esa caída, da la impresión de que flotan. Pero la gravedad sigue ahí, tirando de ellos con fuerza: aproximadamente un 90 % de la que sentirían en tierra.

No flotan porque la gravedad haya desaparecido, sino porque todo su entorno cae junto con ellos.

La tripulación 67 de la ISS jugando con la ingravidez
(pero bajo gravedad, de otra forma saldrían despedidos de la Tierra y nunca hubieran vuelto)

Otra forma de ver que algo no cuadra: si los cosmonautas, que están como mucho a 450 km de la Tierra, no experimentaran gravedad, ¿cómo es posible que la Luna, que está a más de 384.000 kilómetros, quede atrapada por la fuerza gravitatoria terrestre? En efecto, la Luna experimenta la fuerza de gravedad de la Tierra… y nuestras naves espaciales en órbita, mucho más.

¿Todavía te cuesta imaginarlo? Prueba con esto:

Imagina que estás en un ascensor y, de repente, se rompe el cable (¡esperamos que nunca te pase!). Mientras caes, si sueltas una pelota, no caerá al suelo del ascensor: quedará flotando frente a ti, acompañándote en la caída. Da la impresión de que no hay gravedad… justo cuando estás a punto de estrellarte contra el suelo.

El inolvidable Stephen Hawking experimentando Ingravidez  en el avión de Zero-G.
Básicamente un enorme ascensor al que se le corta el cable pero aterriza en lugar de estrellarse.

Eso es ingravidez: la gravedad sigue ahí, pero como todo cae igual… no se nota.

¿Y en el espacio profundo?

Aún lejos de la Tierra, la gravedad no desaparece. Lo que ocurre es que se debilita con la distancia. Pero incluso entre planetas, estrellas o galaxias, la gravedad nunca es cero. Es como una telaraña gigante que lo conecta todo. Cuanto más lejos estés de una masa, más débil será la fuerza, pero seguirá existiendo.

Por eso las sondas espaciales pueden ser desviadas por planetas, o viajar siguiendo trayectorias curvas: están “aprovechando” la gravedad de esos cuerpos.

La confusión del término

Decir “gravedad cero” suena bien, pero es un atajo lingüístico. Un poco como decir que “el Sol sale por el Este”, cuando sabemos que no es el Sol el que se mueve. Es una forma sencilla de expresar algo más complejo… pero vale la pena entender la diferencia para no caer en falsas concepciones que luego serán difíciles de eliminar de nuestro entendimiento sobre la naturaleza.

Fotograma de la película Gravity, una de las más respetuosas con
las leyes físicas sobre Gravedad.

Así que en la próxima película o historia de ciencia ficción, cuando hablen de gravedad cero o de máquinas que anulan la gravedad, acuérdate del ascensor cayendo. Y piensa que, si realmente no hubiera gravedad, ni el satélite ni los astronautas estarían ahí arriba: habrían salido disparados en línea recta, como un tornillo suelto en el espacio. Y entonces podrás decir: Este... deja que te diga algo.

¿Está el espacio realmente vacío?

Spoiler: no. Y además, da un poco de miedito.

Hay cosas que damos por hechas, que parecen evidentes; lo que pasa es que no hay nada evidente en la Naturaleza. Recordemos humildemente que nuestro cerebro ha evolucionado para ser capaces de cooperar con otros miembros de la especie en conseguir comida y no ser comida de otros depredadores. Y con esa única herramienta, con su grandeza, pero también con sus grandes limitaciones, nos hemos lanzado a comprender el Cosmos. Estaba claro que alguna sorpresa nos íbamos a llevar.

Uno de nuestros antecesores volviendo a la cueva después
 de un duro día cazando mamuts y huyendo de los dientes de sable,
 mientras medita sobre el Vacío Cósmico.

Por ejemplo, es "evidente" que cuando miramos al cielo entre estrella y estrella, entre planeta y planeta, lo que hay es... nada. El vacío. El gran silencio cósmico. Y es razonable pensarlo: si no hay aire, ni luz, ni sonido, si nada nos empuja ni nos detiene, si un astronauta se suelta y sigue flotando sin rozar nada en su camino... eso debe de ser el vacío, ¿no?

Pues no; pero un NO a lo bestia.

El vacío clásico: ese malentendido.

Cuando decimos “vacío” solemos imaginar un espacio completamente desprovisto de todo. Como una caja de la que se extrae todo el aire, de forma que no quede "nada" dentro. Pero en Física, incluso en la Física Clásica, eso es un ideal que no se alcanza jamás. Ni en el laboratorio más avanzado, ni en el rincón más solitario del espacio interestelar.

El “vacío” del espacio entre planetas, o entre estrellas, está lleno... de casi nada. Pero ese “casi” es muy importante; es lo que llamamos Espacios Interplanetario e Interestelar.

Por término medio, en un solo centímetro cúbico de ese vacío espacial puede haber generalmente uno o dos átomos, casi siempre de hidrógeno y un poco de helio, viajando solos como almas en pena desde el mismísimo Big Bang sin haber tenido la suerte de formar parte de alguna estrella o cualquier otro cuerpo celeste.

Large Hadron Collider (CERN)
su interior es el lugar más vacío de la Tierra

También hay polvo cósmico (particulas de tamaño inferior a 100 micrómetros), partículas de alta energía, fotones, neutrinos, campos electromagnéticos y gravitatorios que lo atraviesan todo... y eso sin contar lo que todavía no entendemos bien.

Seguramente el mayor vacío logrado en la Tierra es el que existe en el interior del acelerador de partículas LHC (Large Hadron Collider) del CERN; y es del orden de 1,000 átomos por centímetro cúbico. Es decir, una superpoblación de partículas, comparado con el espacio interestelar.

Si nos alejamos de nuestra galaxia y miramos el llamado Espacio Intergaláctico mediremos "vacíos" mucho mayores, con un átomo de hidrógeno por metro cúbico de media, al borde de la "nada".

El vacío cuántico: la nada que lo es todo

Cuando entramos en el terreno de la Física Cuántica, (la física fundamental que trata de dar la respuesta más profunda a cualquiera de nuestras preguntas) la idea del Vacío da un triple salto mortal sin red. Ya no osamos hablar de “ausencia de cosas”, sino de el estado de menor energía posible del espacio.

Y resulta que ese estado mínimo no es, ni de lejos, un mar de tranquilidad. De hecho, es un hervidero invisible. El vacío cuántico está lleno de lo que llamamos fluctuaciones: pares de partículas y antipartículas que aparecen y desaparecen constantemente, como si el universo se aburriera y necesitara improvisar.

Simulación matemática del Vacío Cuántico:
Pares de partículas y antipartículas en constante estado
de creación y aniquilación.

Este fenómeno no es una elucubración científica, ni un arreglo matemático que explique algo sin poder demostrarlo con experimentos: ¡se ha medido! 

El efecto Casimir, algo predicho por la teoría cuántica de campos, consiste en que, si separamos dos placas metálicas una distancia muy pequeña comparada con su tamaño, entre ellos aparecerá una fuerza de carácter atractivo (no gravitatoria) debido a las diferencias en las fluctuaciones del vacío cuántico entre el espacio interior y exterior de las placas. El Vacío ejerce "presión" sobre las placas y las acerca. El efecto Casimir ha sido comprobado sin ningún género de dudas.

Ilustración que pretende explicar el efecto Casimir:
presión que ejercen las fluctuaciones del vacío exterior
frente a las fluctuaciones del vacío interior.

Así que el vacío, desde el punto de vista cuántico, no está vacío. Está lleno de posibilidades. Y de hecho, según algunas teorías, todo lo que vemos, toda la materia real, es una especie de excitación del vacío. Un pequeño cosquilleo que se sale del habitual equilibrio de la nada.

Energía del vacío: más misterio

Y aún más raro: ese vacío “lleno de nada” podría ser responsable de la expansión acelerada del universo. Sí, eso que, a falta de un término mejor porque no tenemos ni idea de lo que es, llamamos energía oscura. Algo que, por cierto, representa la mayor parte del contenido energético del cosmos. Y viene, posiblemente, de esa energía latente del vacío.

Así que puede que el espacio entre las galaxias, aparentemente desierto, sea en realidad el motor silencioso que empuja todo a separarse de todo, cada vez más rápido. Una nada que no deja de hacer cosas.

This amazing and expanding Universe, como decían los Monty Python.
 Resulta que es el Vacío el que lo hace expandirse

Así que no, el espacio no está vacío. Ni siquiera en sus rincones más oscuros. Es un océano de energía sutil, un campo lleno de vibraciones, de fuerzas invisibles, de partículas fantasma que aparecen y desaparecen antes de que puedas notarlas. Lo que llamamos “nada”... el universo lo usa como lienzo para pintar todo lo demás.

Por otro lado, ¿no es maravilloso pensar que la Nada simplemente no puede existir? A algunos seres mitológicos seguro que no les hace tanta gracia 😉

Las preguntas de Iria (episodio 2) ¿Por qué la gente de Australia no se cae?

- "Papá, si la Tierra es redonda… ¿la gente en Australia o en Sudamérica vive boca abajo? ¿Y no se caen?", preguntó Iria mientras giraba el globo terráqueo e imaginaba a los habitantes del Hemisferio Sur “colgando” boca abajo o directamente cayendo al espacio infinito. 

¿Sabías que esta pregunta la hacen muchas personas, grandes y pequeñas? Tiene todo el sentido: si imaginamos la Tierra como una bola flotando en el espacio, y dado que nosotros estamos en el Hemisferio Norte (que es, desde luego, la parte de "arriba"), parecería que la gente que está “abajo” debería vivir boca abajo... o caer al vacío. Pero, ¿qué pasa realmente? Vamos a descubrirlo.

¿Qué es ‘abajo’?

Lo primero que debemos entender es que “abajo” no es una dirección universal que apunta siempre al mismo lugar en el espacio. Para cada persona sobre nuestro planeta, “abajo” es la dirección hacia el centro de la Tierra, porque es hacia donde actúa la fuerza(*) de la gravedad. Igual que para cada persona "arriba" significa la dirección que apunta a lo que está encima de su cabeza.

La gravedad es una fuerza atractiva que la Tierra ejerce sobre todos los objetos, dirigiéndolos hacia su centro de masas. Por eso, sin importar en qué punto del planeta estemos, “abajo” será siempre hacia ese centro.

Simple pero eficaz gráfico de lo que significa "Arriba" y "Abajo"
el ‘abajo’ es según tu ‘debajo’ y el suelo se encarga del resto.

Ni nosotros ni los habitantes del Hemisferio Sur sentimos que estamos “boca abajo” porque nuestro cuerpo siempre sabe dónde está el “abajo” real: hacia el centro de la Tierra. Desde que nacemos, la gravedad tira de nosotros hacia el suelo, así que nos “pegamos” a la superficie, sin importar en qué parte del planeta estemos.

No estamos en el borde de algo que se termina; estamos sobre la superficie de una esfera enorme. En realidad, estamos “cayendo” hacia el centro de la Tierra todo el tiempo, pero el suelo nos detiene y nos sostiene para que no nos hundamos.

Un detalle curioso es que la gravedad actúa con una fuerza ligeramente distinta en nuestros pies y en nuestra cabeza, porque están a diferentes distancias del centro de la Tierra. Esa diferencia, aunque pequeña, se siente como una tensión que produce cansancio muscular. Por eso, cuando nos tumbamos, reducimos esa diferencia y le damos un descanso al cuerpo.

Un posible origen de la confusión

Cuando representamos la Tierra en una esfera no podemos evitar confundir los conceptos "Hemisferio Norte" con "arriba" y "Hemisferio Sur" con "abajo"; pero esto es totalmente incorrecto. Como hemos dicho, el concepto físico, es decir real, de “abajo” no depende de dónde esté el norte o el sur en el mapa, sino de dónde estamos nosotros con respecto al centro del planeta. Por eso, para alguien en Australia, su “abajo” es justo hacia adentro, al centro, igual que para nosotros aquí.

Map Mundi en proyección Gall-Peters.
Una representación más proporcional de las áreas, con el Sur arriba.

¿Y ya puestos, qué significan Norte y Sur?

Ya hemos aclarado que decir que un Hemisferio de la Tierra, o de cualquier planeta, está "arriba" es sencillamente absurdo. Aun así llamamos a cada hemisferio de un planeta, separados por su ecuador, "Norte" y "Sur". ¿Cómo elegimos cuál es cuál? 

Cuando hablamos del polo norte y el polo sur de un planeta, nos referimos a los dos puntos donde su eje de rotación (esa línea invisible alrededor de la cual gira sobre sí mismo) atraviesa la superficie. El polo norte es, por convención, el extremo desde el que el planeta parece girar en sentido contrario a las agujas del reloj, y el polo sur, el extremo opuesto. Es una definición práctica, no una verdad del Universo, que funciona aunque el planeta esté al revés, como Venus... pero eso ya lo contaremos otro día.

Para pensar y reír un poco (Gracias Quino, por todo)

¿Conoces a Mafalda? En una famosa tira se da cuenta de que los argentinos viven "del revés", con todos los problemas que eso supone. 

Tras varias tiras, en las que todos los maravillosos personajes de Quino se la pasan boca abajo discutiendo sobre  el tema, Mafalda encuentra la solución perfecta dándole la vuelta al globo.

Y es que, en realidad, todos tenemos nuestro propio “arriba” y “abajo” según dónde estemos. Así que, la próxima vez que veas a Australia o Argentina “del revés” en un globo terráqueo, recuerda: ¡ellos también te ven a ti igual de patas arriba!

(*) Nota para puristas

Sí, ya sabemos que la gravedad posiblemente no sea una fuerza, sino una manifestación de la curvatura del espacio-tiempo causada por la concentración de energía. Reconocido queda para los tikismikis.