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Física Avanzada 3

La constante "G" de la gravitación universal.

Vamos a fijarnos en la constante que aparece en la fórmula de Newton (y también aparece en la de Einstein): se representa por la letra G. En realidad ya estamos siendo imprudentes al decir la constante G... ¿hasta qué punto están los científicos seguros de que es constante? Es decir, ¿es su valor el mismo si lo medimos en la Tierra, en el Sol, o en la galaxia más lejana?; y ¿es también el mismo si lo medimos hoy o hace un millón de años o hace 15.000 millones de años? En otras palabras ¿es G constante en el espacio y en el tiempo?

A primera vista parece imposible contestar a esas preguntas, ¿cómo vamos a medir G en el Sol o en una galaxia lejana? ¿cómo vamos a saber cuánto valía en el pasado remoto? Y además ¿para qué molestarnos en estudiar si G es realmente constante o no? ¿Qué importa?

Antes de nada, digamos que G es muy importante para entender nuestro universo. Hay unas 25 constantes físicas que aparecen en las fórmulas que describen nuestro universo, desde lo más grande (los cúmulos de galaxias) hasta lo más pequeño (los quarks). De esas 25 constantes, los físicos consideran que las más importantes son G (la constante de la gravitación), c (la velocidad de la luz) y h (la constante de Planck, la que gobierna el mundo microscópico). ¿Por qué creen que G es tan importante? Porque resulta que es la clave para entender muchas propiedades del universo, no sólo la fuerza de atracción entre las masas. Veámoslo con ejemplos.

Si G fuera muy pequeña, la fuerza entre las masas sería muy pequeña. Para nosotros sería muy divertido, poder dar grandes saltos en la Tierra como si estuviéramos en la Luna... pero tendríamos un grave problema: ¡no habría ni Tierra ni Luna! No se habrían podido formar planetas, ni estrellas, ni galaxias... ya que todos ellos se mantienen unidos por la gravedad. ¡Qué extraño universo, sin luz, ni astros, ni vida...!

¿Y si G fuera muy grande? Bueno, estaríamos pegados como lapas a la Tierra. Costaría mucho trabajo saltar o subir una montaña. Es verdad... pero nada grave, pensaría cualquiera que sepa un poco de biología, la evolución nos habría dotado de músculos lo suficientemente fuertes para sobrevivir. Quizá sí, pero ¿habría podido formarse la vida?, preguntan los astrofísicos que vienen de nuevo a "aguarnos la fiesta": con G muy grande sí pueden existir planetas, pero las estrellas se consumirían muy rápidamente, no habría tiempo para que la vida evolucionara. Esto es debido a que las estrellas (y el Sol, claro) son bolas de gas que están en un equilibrio muy delicado entre dos fuerzas opuestas: una hacia dentro, la gravedad, y otra hacia fuera, la de la expansión que origina la producción de energía nuclear en su interior. Si la gravedad aumenta mucho (por una G muy grande) la estrella tendría que producir mucha energía para contrarrestarla, y consumiría su combustible nuclear (el hidrógeno) muy rápido. No habría tiempo para que se desarrollara la vida, aunque esa estrella tuviera cerca un planeta adecuado.

La vida en la Tierra (la única que conocemos) ha necesitado casi 4.000 millones de años para producir seres complejos como las garrapatas o nosotros. Afortunadamente G es tan pequeña que al Sol le puede durar mucho su hidrógeno: lleva casi 5.000 millones de años luciendo y le quedan otros tantos.

Estamos hablando de G "grande o pequeña", especifiquemos: ¿cuánto vale G aquí, en la Tierra y ahora? El mejor valor que tenemos para G (medido en el año 2000) es 6,67392×10 -11 m3/s2kg con un error del 0,0014%. Por cierto, ese error en la medida de G es el mayor de todas las 25 constantes físicas fundamentales (debido a que la gravedad es una fuerza muy débil y a la precisión limitada de los aparatos para medirla), lo que es alarmante porque G es fundamental, como vimos. De todos modos ese error es muy pequeño comparado a lo habitual en cada día: el 0,0014% es, por ejemplo, equivalente a conocer la altura de una persona de 1,70 m con precisión de 2 centésimas de milímetro. Pero los físicos están muy preocupados con esa baja precisión.

Volviendo a las preguntas de antes, ¿cómo se puede saber si G es constante en el tiempo y el espacio? Los astrónomos han estado ideando métodos casi desde que Newton propuso su ley: medir variaciones en los tamaños de los planetas, ver si sus órbitas han cambiado, comparar las zonas de sombra en los eclipses totales descritos por los chinos (desde hace miles de años llevan un archivo de eclipses solares) con lo que se calcula hoy usando la ley de Newton, y muchos métodos más.

El resultado es claro: la constante G es efectivamente constante hasta donde hemos podido medir en el espacio y en el tiempo. ¿Qué queremos decir con "hasta donde hemos..." Pues que nunca podemos estar 100% seguros de una medida física, siempre hay incertidumbres en nuestros aparatos. Pero lo que sí podemos afirmar es que, si finalmente G no fuera constante, lo más que podría variar su valor sería en una billonésima cada año y en escalas muy grandes (mayores de miles de millones de años-luz).


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