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Eliax explica: Cómo realmente visualizar la fuerza de la gravedad del cosmos
eliax id: 11154 josé elías en may 9, 2014 a las 01:04 AM (01:04 horas)
eliax - Para Mentes CuriosasPor sorprendente que sea, sobre el 99.99% de todas las representaciones gráficas de la fuerza universal de la gravedad que han visto en sus vidas, están ilustradas incorrectamente. En serio.

Pero, ¿a qué se debe ese error y cuál debería ser la representación visual correcta, o al menos la mejor representación posible? Pues de esto se trata este artículo de hoy en eliax...

Para empezar, veamos la forma "clásica" (e incorrecta) de mostrarse visualmente el concepto de la Gravedad, como podemos ver en la siguiente imagen proveniente de la página sobre Gravedad en Wikipedia.

Gravedad, ilustrada en Wikipedia

En esta representación clásica, se utiliza el ejemplo de un espacio cuadriculado parecido al de una cama de dormir sobre la cual se coloca una esfera pesada (en este caso, una esfera representando la Tierra), y vemos como el espacio se curva alrededor de la esfera.

Pero esa representación es errónea, o cuando menos puede llevar a uno no entender realmente lo que sucede aquí.

El problema es que en esa imagen lo que se muestra inadvertidamente es lo contrario a la gravedad, en donde el espacio se empuja hacia afuera de la Tierra en vez de halarse hacia adentro en tres dimensiones.

¿Pero cómo es que todo el mundo siempre utiliza ese mismo ejemplo? Pues por varias razones, y entre ellas están:

1. Por motivos didácticos esa es quizás la forma más simple de explicar el concepto, aun sea erróneo y aun sea posible explicarlo mucho mejor de otras formas.

2. Vagancia por parte de los científicos a la hora de demandar más de los artistas que hacen estas ilustraciones.

3. Relacionado al punto anterior, la ignorancia inocente de los artistas de no saber exactamente qué es lo que deben mostrar visualmente, ya que estos no son físicos sino artistas.

4. Asombrosamente, existen muchos físicos que entienden las matemáticas, pero no entienden lo que estas significan realmente "en la vida real", e ilustran erróneamente el concepto.

Afortunadamente, hay algunas personas que viven entre ambos mundos (de las artes y las ciencias) y hacen un esfuerzo de ilustrar esto lo más fiel a la realidad posible, que fue precisamente lo que en mi caso hice cuando escribí e ilustré mi libro Máquinas en el Paraíso en el 2001, en donde ilustré correctamente el concepto de la gravedad y que es exactamente la misma ilustración que utilizo a continuación en este artículo de hoy en eliax...

La Gravedad visualizada por eliax

Como pueden observar en esta imagen animada, les presento un "pedazo de universo" en forma de cubo, en donde para fines didácticos he fijado todos sus bordes (los cuales en la realidad también se estuviesen expandiendo o contrayendo), y en donde se puede apreciar claramente el efecto que tiene una esfera (que podemos imaginar como la Tierra, o un Agujero Negro) en el momento que esta se acerca a ese cubo de espacio.

Como pueden ver, el espacio es atraído hacia la esfera, y mientras más lejano está el objeto, menos la elasticidad, y mientras más cercano el objeto, más la elasticidad y compresión del espacio alrededor del objeto (ojo, debido a que fijé los bordes, esto no se hace tan evidente en el momento que la esfera está justo pasando la pared del cubo, pero eso ya será algo que ilustraré mejor en una futura versión de esto, por ahora simplemente decidí reutilizar lo que hice en el 2001).

Eso de paso nos permite entender mejor un concepto que para muchos se hace contra-intuitivo: La gravedad, como expliqué hace 5 años acá mismo en eliax, no solo es una distorsión en el espacio-tiempo, sino además que si la visualizamos correctamente nos puede explicar por qué los objetos giran en torno a otros.

Por ejemplo, la Luna gira en torno a la Tierra, la Tierra en torno al Sol, y el Sol en torno a un super-masivo Agujero Negro en el corazón de nuestra galaxia La Vía Láctea. Pero, ¿por qué giran y qué es lo que los mantiene atados?

Pues si notan en mi versión ilustrada de la gravedad (y asumiendo que la esfera es el planeta Tierra), cuando la Tierra está justo en el centro del cubo, el espacio a su alrededor es distorsionado en forma de un embudo tridimensional, en donde en todas direcciones lo que sea que esté cerca de la Tierra tiene que "caer" hacia el centro.

Sin embargo, debido a que la Luna está continuamente moviéndose alrededor de la Tierra a una velocidad que proviene desde los mismos inicios violentos del Sistema Solar, esta velocidad equilibra a la Luna para que esta no caiga y se estrelle contra la Tierra.

Es esencialmente el mismo concepto de una ruleta en un casino, en donde tiramos la bolita blanca alrededor de la ruleta, y mientras esta tenga suficiente velocidad esta no caerá al centro de la ruleta.

Noten además que si la ruleta no tuviera las paredes externas que impiden que la bolita blanca se salga de esta, que al momento de uno tirar la bolita en la ruleta esta en vez de caer al centro (después de perder velocidad) podría muy bien salirse de la ruleta si la velocidad inicial con la que tiramos la bolita es demasiado rápida...

Pues similar a esa bolita en la ruleta, la Luna tiene una velocidad determinada que va acorde con su masa, y sucede que en el caso de nuestra luna, esta tiene más velocidad del equilibrio, por lo que asombrosamente (para los que no sabían este dato) esta se aleja de la Tierra cerca de 4 centímetros por año, lo que significa que eventualmente (en un futuro muy lejano) la Luna escapará a la fuerza gravitacional de la Tierra y será un ser errante del Sistema Solar, que quizás sea capturada por otro planeta, como el gigante Jùpiter.

Así que ahí lo tienen, la forma más sencilla que me puedo imaginar de explicar el concepto de los efectos gravitacionales en los objetos, lo cual espero sirva de comida intelectual para todas las mentes curiosas que visitan este espacio...

autor: josé elías

Comentarios

  • Grande Elías!!!
    A mi me gusta leer mucho de estos temas y ver documentales, y es muy cierto como La mayoría, sino todos, emplean una representación como la primera. En realidad tu ilustración me dejo impactado, porque según yo creía entender el concepto de la curvatura espació-tiempo, aunque yo me intuía que algo tenía de mal, ya que por ejemplo las personas en argentina caerían en esa cama elástica según esa representación. En verdad estoy impactado, porque está explicación se apega más a la realidad y todo lo hacer ver ridículamente sencillo. Gracias Elías... Créeme que todas las noche antes dormir, reviso el blog para recibir mi dosis de eliaxisticina!!!
    Gracias

  • Hola Eliax, una pregunta: ¿la velocidad de la Luna es siempre constante? ¿O tendería a ir ralentizándose por algún motivo gravitacional? ¿Es posible que en un futuro muy muy lejano la luna caiga sobre Júpiter tras abandonar la tierra e ir perdiendo velocidad?

  • Supongo que la manera incorrecta de ver el esquema de la gravedad es más práctico de entender para cualquier persona. En si el efecto que plantea la versión correcta es la sumatoria del mismo plano bi-dimensional del esquema errado, en todas las circunferencias posibles, en un plano tri-dimensional de toda la superficie del objeto que curva el espacio (en este caso la tierra).

    A mi me tira más la idea de que el objeto masivo distorsiona el espacio-tiempo y que lo que atrae (como fuerza de gravedad propiamente dicha) es la curvatura que genera el efecto causado por la distorsión. Algo así como un tobogán! Jajaja

    Es muy interesante leerte José. Y me encanta la movida que generas en la gente. Adoro mucho los articulos en sí, pero más adoro los debates cósmicos y descomunales que se generan. Es como alterar a las personas pero de una manera sana :)

  • Hola Elias. Excelente, didáctica y precisa representación de la gravedad. Recuerdo haber visto programas científicos en TV con la gravedad representada con una sábana y los planetas sobre ella.

    Por otro lado, me parece que el ejemplo de la ruleta si bien da una idea relativa, no es del todo precisa, dado que la fuerza sobre la bola es centrífuga antes que la gravedad en sí. Mas bien, quiero proponerte que expongas el ejemplo del cañón y la bala (El cañón de Newton).

    http://goo.gl/vZMHTJ

    Saludos y un abrazo desde Perú

  • No creo que la representación sea incorrecta, para nada!

    Tu representación, Eliax, es más fiel a la verdad, pero es un VIDEO, y si paras un fotograma, el que quieras, no se entiende nada de nada (si el espacio se ve curvado, no se ve la esfera, etc) por eso el dibujo ha de usar un espacio simplificado a 2D.

    Por cierto, siendo estrictos tu video tampoco es correcto, se visualiza como un espacio 3D no euclidiano (los cuadritos están deformados) cuando lo real es que sería un espacio de 4D (imposible de dibujar) donde el tiempo se "achataría" cerca de las masas... y eso no lo puedes representar ni con una imagen, ni con un video, ni con una escultura (sin hacer simplificaciones extremas).

    Si miras el esquema inicial, el "incorrecto" desde arriba, si que veras como el espacio se "acerca" a la masa. Que la curvatura se haya dibujado para arriba o para abajo es indifierente, ni es hacia arriba ni hacia abajo realmente, es una "licencia poética".

    • Hola Sergio,

      Cuando se habla de que el espacio-tiempo es una estructura "4D", nos estamos refiriendo a 3 dimensiones estrictamente de *espacio*, y una de tiempo. No es que tengamos 4 dimensiones de espacio (que sería bastante difícil de visualizar de esta manera, aunque posible hacerlo).

      La imagen como representada por mi, está correcta desde el punto de vista espacial, que es el punto del artículo para ayudar a visualizar la estructura gravitacional del espacio alrededor de objetos.

      Y en cuanto a tu observación de que la imagen clásica está correcta, y que es una simple "licencia poética" el dibujar las lineas hacia arriba o hacia abajo, tampoco está correcto. Las lineas como se dibujan en el esquema clásico indican que el espacio de un objeto es repulsivo, en vez de atractivo, lo que es erróneo.

    • No puedes justificar la representación tradicional diciendo que si lo miras desde otro ángulo se ve correcto, lo erróneo es que la curvatura sea representada hacia el exterior de la tierra (hacia arriba o hacia abajo) y no hacia el centro de esta, que sería lo correcto.

      No puedes invalidar una representación indicando que si paras un fotograma no se entiende nada, es una imagen gif y no puedes considerar un fotograma por separado para invalidarlo, es como indicar que no entiendes una película por ver 1 minuto de esta.

      Ya Elías aclaró que la forma tradicional es más simple aunque no correcta, para corregir la representación tradicional solo hace falta desplazar el plano curvado hacia arriba, de modo que el fondo de la curvatura quede en el centro de la tierra o por encima de esta manteniendo el mismo sentido de curvatura.

      Ahora, para poder hacer una representación correcta en 4D, se podría considerar una esfera dentro de un cubo sin los bordes y transparente (solo el rayado o grilla), y para representar el tiempo podría colocarse un reloj cerca de la esfera (donde la curvatura del espacio-tiempo es mayor) con la aguja girando lentamente, y colocar otro reloj alejado de la esfera (donde la curvatura es menor) con la aguja girando más rápido :)

  • Estoy con Sergio Hernandez, la representacion de Eliax no es mucho mas que la version 3D de la anterior imagen 2D. Pero aun le falta una dimension...... jejeje

    Es un asunto dificil, por no decir imposible, el representar algo 4D... Pero de todass formas, has hecho un buen trabajo Eliax.

  • la verdad, no aporta nada nuevo

    • Para los físicos y astrónomos que ya sabían esto, obviamente no, pero para la persona común y entusiasta de la ciencia, creo que sí y bastante. Todo lo que nos ayude a entender mejor nuestra existencia es en mi humilde opinión, un gran aporte.

      • +1 Es por eso que me gusta tu blog.

  • Eliax, la analogía de la bolita en la ruleta es genial, nunca lo había visto de esa forma. Gracias!

  • El ejemplo de la esfera pesada en una cama no solo explica la deformación del espacio causada por la masa sino que también es una forma de ver una representación de como funciona la gravedad al acercarle otra esfera y que esta entre "en órbita".

    • radek,

      Esta representación también explica (incluso mucho mejor) lo que sucede si ponemos más de una esfera. Incluí una sola esfera para que todo fuese más sencillo, pero es trivial agregar otra más y ver como el espacio se atraería hacia esta segunda esfera en relación al espacio alrededor de ambas.

      • Me refiero a que la esfera en la cama es un ejemplo práctico, algo real que no necesita de animaciones. Pongo una esfera pesada en una cama, lanzo una bolita que pase cerca de la depresión que provoca la primera y puedo ver como la "gravedad" de la esfera altera el recorrido de la bolita.

        En cambio tu forma de visualizarla no termino de entenderla. ¿Por qué la esfera desaparece? ¿Por qué las aristas del cubo no se contraen? ¿Qué me hace entender mirando esa animación que la distorsión en el cubo provocaría la atracción de otra esfera?

        • Estoy convencido que hay gente experta en buscarle la quinta pata al gato...

    • Estoy también de acuerdo con que la primera versión es más ilustrativa. Aquí aporto un video que hace uso de ese modelo para mostrar las orbitas trazadas por los planetas (mismo ejemplo que en el artículo)

      https://www.youtube.com/watch?v=Vg4Jmb45_0o

      • Carlos,

        La ciencia no se trata de lo que sea "más bonito", sino de lo que explique mejor las cosas por más contra-intuitivo que sea.

        Ese video (el cual ya había visto antes, y hay varios como ese) aunque *aparenta* mostrar lo que es la gravedad, crea una referencia totalmente errónea de lo que es en quienes lo ven, por la sencilla razón de que está equivocado y *no* está mostrando lo que realmente es la fuerza de la gravedad.

        Yo mismo me eduqué con ese esquema y fue ya de adulto que me di cuenta que lo que yo creía entender, estaba erróneo. Si alguien me hubiese mostrado una imagen similar a la que muestro yo en esos días, me hubiese ahorrado muchísimos años de mi vida en entender lo que era realmente la gravedad.

  • Muy buen artículo, creo debate y eso es bueno. Como dije, agradezco tu tiempo para escribir estos articulos interesantes, aunque tengo una crítica constructiva, está demás recalcar que todo lo dijiste tú, lo que leemos tu blog de hace años lo tenemos más que claro. Saludos!

  • Estrictamente hablando tu representación también es errónea. La gravedad actúa sobre todos los puntos del cubo, incluso sus vértices y en la imagen pareciera que lo único que esta siendo atraído es el centro de cada lado.

    • ¿Se podría representar esto de manera correcta en un dibujo 2D?

    • Fernando,

      Es bueno leer antes de comentar. Parece que comentaste después de ver la imagen animada, pero te recomiendo leer el segundo párrafo, particularmente en donde dice "Ojo...".

      Abrazos

  • Uhmm no me convence tampoco la segunda Eliax.

    El problema al explicar la gravedad es que implica tanto el concepto de espacio como el de tiempo y esto se torno complicado en un plano en 3 dimensiones, en otras palabras no hay una forma real de explicar todo el concepto con un gráfico sin obviar otros puntos.
    Ambas son aproximaciones válidas pues el primero expone una explicación apoyada sobre un plano pero no se detalla el efecto sobre todo el espacio alrededor además del notable fallo de plegar el plano debajo del planeta en lugar de hacia dentro.
    El segundo por tanto como dices es lo mismo aplicado a 6 planos de la figura geométrica, con los fallos de los bordes.
    Otra figura podría mostrar la interacción gravitatoria sobre un cilindro imaginario sobre dos ejes de X,Y o Z lo que daría como resultado un cilindro plegado en el centro.
    Finalmente se podría pretender crear una figura que abarque tres dimensiones en todas las aristas, lo cual daría "una esfera" que al final explicaría muy poco.

    • Como estudiante de física puedo decir que la versión de Eliax es la más aproximada a la realidad y la que tomaré como referencia de ahora en adelante.

  • Eliax eres un genio!

  • Grandioso artículo. No me esperaba que lo escribieras luego que escribiste ¿Que es la Gravedad? hace ya varios años, pero me alegro que lo hayas hecho ya que tus analogías son excelentes.

    Como lo mencionaste en el articulo anterior y este mismo articulo, la fuerza de la gravedad es contra-intuitiva. Sin embargo, logre comprender el ejemplo que quieres explicar a partir del ejemplo mediocre de Wikipedia. Solo ''rellené los huecos'' en la explicacion anterior con pura logica. Si los cuerpos son esferas la fuerza de gravedad es tridimensional, osea es ejercida en todas direcciones por igual.

    Al final concluí que el mismo plano cuadriculado es un poco difícil de ilustrar en tres dimensiones.

    Sigue así. :)

  • recuerdo un vídeo sobre la gravedad de un profesor con un enorme embudo y canicas. ese era excelente

  • Exelente Elias, esa imagen siempre me había perturbado, no la entendía pero como es muy usada la daba por correcta, yo leía lo que Einstein dijo: "La gravedad no es algo que nos atrae al planeta mas bien es una fuerza que nos empuja", entonces miraba esa imagen y de ahí mi confusión.

    Algo que hablas en el articulo que ya había oído antes sobre como la luna gira. La velocidad de la luna debió ser adecuada ya que aun la vemos, y eso significaría que en un punto la luna va a caer sobre la tierra cuando pierda su impulso o algo así, todo eso bien... pero, he visto documentales donde dice que la luna se aleja de la tierra y que un día saldrá de la órbita, mi pregunta es: ?como es esto posible? pero mi inquietud central es como los objetos giran entorno a otro, solo por su fuerza de impulso inicial, significa esto que cada objeto que gira en torno a otro va perdiendo su velocidad?, si es así, a que volocida giraba la tierra hace 1000 años...??????

  • WAO! Siento que hoy fue un gran día en mi vida.

    Gracias, gracias y 1000 gracias Eliax por compartir estos conocimientos con nosotros.

  • Yo sigo pensando que la imagen tradicional representa en si la distorsion del espacio-tiempo. Lo que ocupaba el lugar donde se posicionó el objeto masivo, debe por lógica ir a parar a otro lado. Imaginen una pelota de tenis sumergiendola en agua o en un balde con arena. A fines prácticos representa lo mismo. Por ende lo que hace que los demas objetos sean atraídos es la curvatura (incluido el tiempo) ocasionada por las distorsion en todas las circunferencias posibles sobre la superficie del objeto masivo.

    Igual no niego la correcta que presenta jose, me parece muy logica también. Es solo que me gusta pensar en las cosas desde varios puntos de vista para asi sacar mis propias conclusiones. Porque las dos opciones no pueden ser validas?? :)

    Saludos!

    • Ese es precisamente parte del error de esa imagen clásica: Lo que se debe represenar es la *fuerza* de la gravedad y su *dirección* en relación al objeto, en vez de "espacio desplazado" por el objeto.

      Y eso es *precisamente* el error que haría un diseñador gráfico que no entiende el concepto de lo que debe graficar.

  • Idolo!

  • No termino de entender, porque el espacio es atraido hacia los objetos?

    • Son atraídos por su masa. Mientras más masivo es un objeto, más atrae a otros.

      Y ojo, no confundir un objeto grande con uno masivo... Un globo de cumpleaños puede ser más grande que una bolita de golf, pero la bolita de golf es mucho más masiva/pesada (y por tanto ejerce una mayor atracción gravitacional que el globo).

  • Gracias por el dato, me resultó interesante aunque me surgió una duda que no está totalmente relacionada con el tema ¿Cómo hacen para medir el alejamiento de cuerpos tan descomunales como la luna o la tierra?
    Se me ocurre que midiendo la velocidad que demora la luz en llegar desde la tierra hasta la luna con ese aparato que pusieron en la luna, pero... no habrían factores como el achatamiento de la tierran en ese terreno debido a cambios ya sean terremotos o cosas parecidas. Obviamente estoy haciendo suposiciones y hablando desde la parcial ignorancia.

    • En el caso del reflector/espejo en la Luna, se puede medir la distancia con asombrosa precisión. Para todos los demás casos, son medidas aproximadas o promediadas.

      Nota además que aparte de que la Luna tiene cráteres y montañas que hacen que su tamaño varíe (y por eso lo promediamos), que la distancia de la Luna a la Tierra también varía debido a que la órbita de la Luna a nuestro alrededor no es perfectamente redonda, sino elíptica, y lo mismo ocurre con la órbita de la Tierra y los demás planetas alrededor del Sol.

  • Tengo una pregunta aprovechando el tema .. Que tan rápido viaja la gravedad?

    • A la velocidad de la luz.

      Y eso tiene implicaciones curiosas... Por ejemplo, si el Sol mágicamente desapareciera, por un lado tardaríamos varios minutos en darnos cuenta (es decir, en "verlo") ya que la luz tarda un tiempo determinado en llegarnos. Pero similarmente, tardaríamos ese mismo tiempo en "sentir" los efectos gravitacionales de que el Sol ya no está en su lugar.

      O en otras palabras, no es instantáneo. Y curiosamente, fue Einstein el primero que formuló que la velocidad de las olas gravitacionales es la misma velocidad de la luz.

      • Muchas gracias, precisamente era lo quería saber. Cuanto tardaríamos en sentir los efectos de la gravedad en caso de un desequilibrio. Un saludo!

  • Jose Elías, me dejó bastante impactada el hecho de que la luna se esté alejando, no estaba enterada. Eso me hizo pensar en cómo sería la Tierra sin su satélite, y también me hizo pensar en la búsqueda de planetas similares al nuestro y si se está teniendo en cuenta el hecho de que tenga satélites.

    Muy interesante el artículo :)

  • Excelente articulo, realmente entendi bien que el concepto inicial es erroneo ya que la curvatura se hace alrededor del objeto en un plano y en donde la hoja cuadriculada (espacio) hace su maximo acercamiento es justo en la superficie del objeto gravitatorio y no hacia su centro. La nueva ilustracion en verdad es mucho mas fiel a la realidad ahora lo imaginare siempre de esa forma en 3 dimensiones. Solo faltaria agregar el tiempo para una proxima grafica lo cual podria representarse a mi entender similarmente como lo explico Jesús Ochoa en el comentario #5.2. Muchas gracias Jose Elias por dedicarle un tiempo a escribir detalladamente las cosas!!

  • al final lo unico que queda es un cubo en el espacio afectado por la gravedad en su centro...

    para mi la imagen de la membrana del principio expica mejor la gravedad (al final las ecuaciones de la relatividad utilizan ecuaciones de membrana).

    Ademas los problemas de la imagen original se arreglan agregando el mismo parrafo que vos pones para tu imagen:

    "Ojo.. que esta en 2D"

    Ademas, en el universo los astros tienen a alinearce en circulos, circunferencias y elipses... por lo tanto cave un pensamiento en el plano.. es decir bidemensional, donde dos dimensiones son predominantes sobre la tercera.. es el ejemplo de las galaxias o de un sistema de solar como el nuestro.

    Saludos.

  • me parece que la forma que dice elias está bien pero también me parece que ambas son válidas, así como lo explicó Carl Sagan
    https://www.youtube.com/watch?v=VKhOhHWP6Lc

    • Carl Sagan (quizás mi grande héroe de la ciencia) lamentablemente también se equivocó en su explicación :)

      Hasta los más grandes cometen errores, aunque quizás fue un error intencional por motivos didácticos (y que era lo más fácil en esos días para hacer). Hoy día con efectos digitales se hace trivial explicar la manera correcta.

  • Se tiene en cuenta la interacción equilibrante del resto del Universo para evitar la caída de un cuerpo y originar el giro de Planetas, Galaxias, etc?
    Que sucede cuando desaparece materia en el Universo? El resto queda afectado?

  • Se tiene en cuenta la interacción equilibrante del resto del Universo para evitar la caída de un cuerpo y originar el giro de Planetas, Galaxias, etc?
    Que sucede cuando desaparece materia en el Universo? El resto queda afectado?

  • La imagen no explica la cruz de Einstein y las lentes gravitationales. La imagen tradicional sí.
    Saludos.

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"Es verdaderamente emocionante, estar sentado en mi computadora a millones de kilómetros de Marte y poder ver el suelo marciano y sus alrededores, simplemento magnífico...."

por "Antonio" en ago 16, 2012


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