Por Juan Antonio de la Rica
Supongamos un sistema con campo gravitatorio que emite un fotón de frecuencia f. Este fotón tendrá una energía:
E = h x f siendo h la constante de Planck, y f la frecuencia.
Aunque el fotón carece de masa propia, el sistema que emite el fotón pierde una cierta cantidad de masa m = h x f /C^2
El fotón se separa del sistema emisor a la velocidad de la luz y no podemos decir que acumula energía potencial porque carece de masa propia, nunca dejará de viajar a la velocidad de la luz, nunca se detendrá y nunca regresará. Sin embargo, como el fotón se separa contra el campo gravitatorio del sistema emisor, pierde una cierta cantidad de energía y en consecuencia su frecuencia disminuye; se desplaza al rojo en el caso de la luz visible.
Pasado un cierto tiempo, el fotón puede ser captado por otro sistema y entonces su energía se incorporará en forma de masa al mismo. Pero su frecuencia ya no es f, es una frecuencia menor f´, y por tanto su energía ya no es E = h x f, sino una energía menor E´ = h x f´, con lo que la masa que se incorpora al segundo sistema es una masa m´= h x f´/c^2, que es una masa menor que m.
¿Qué sucede con esa diferencia de masa m´´ = m – m´, o con su energía equivalente, que el fotón ha dejado en su camino? ¿Dónde están esa masa o esa energía? La energía, ni se crea ni se destruye, solo se transforma, y dada la equivalencia entre masa y energía podemos hablar en términos de masa y decir que la masa ni se crea ni se destruye, solo se transforma, ¿En qué se ha transformado la energía perdida por el fotón? ¿En qué se ha transformado la masa m´´ perdida por el fotón?
Esa masa m´´ (o su energía) no tienen nada que ver con el primer sistema, que perdió una masa m pero que después ni gana ni pierde masa pase lo que pase con el fotón. Tampoco tiene nada que ver con el segundo sistema que capta al fotón que gana una masa m´, pero nada más. En todo caso, el segundo sistema ganaría la masa de m´ y con ella su energía potencial, pero esto solo añade una pregunta más: ¿Qué pasa con m´´y qué pasa con la energía potencial de m´´?
Aceptamos que la energía no desaparece, ni se crea ni se destruye, solo se transforma. Es obligado entonces aceptar que esa energía, o esa masa m´´, ha pasado al espacio o se ha incorporado al espacio. Podríamos pensar que ha pasado al campo gravitatorio que rodea al sistema emisor, pero se trata de un campo de fuerza, por lo que no puede captar una energía. La energía perdida solamente puede haberse incorporado a un campo de energía, pero alrededor del sistema emisor únicamente existe espacio lo que implica que alrededor de una masa, y en general en cualquier campo gravitatorio, existe un campo de energía asociado y ese campo tiene a su vez como soporte al propio espacio, luego es el espacio el que incorpora la energía perdida.
Evidentemente, si el espacio ha incorporado una cierta cantidad de energía con el paso del fotón, el espacio ha cambiado. Pero para un observador, esa energía perdida por el fotón literalmente ha desaparecido y al mismo tiempo el espacio no ha cambiado para nada con el paso del fotón. La solución más lógica para explicar este fenómeno consiste simplemente en pensar que el propio espacio es una forma de energía, o lo que es lo mismo, que el espacio en sí mismo es un campo de energía. No que el espacio “contenga” un campo, sino que el propio espacio sea un campo: que el espacio sea una tercera forma de la energía.
Si establecemos esta hipótesis, lo que a continuación tendríamos que preguntarnos es de donde procede o cual es el origen de ese campo, y qué relación tiene con la masa y con la fuerza de la gravedad.
VALOR DEL CAMPO PRIMARIO
Con independencia de las consideraciones anteriores, la aplicación de la lógica sin concesiones obliga a pensar que la presencia de una masa modifica de alguna forma el espacio que la rodea, y que esa modificación posee la estructura de un campo que depende la propia masa y de la distancia a la misma. Este campo relaciona o pone en contacto las masas entre sí y es el vehículo de la fuerza de la gravedad.
Supongamos dos masas M1 y M2 situadas a una distancia R. Cada masa modifica a su alrededor el espacio que le rodea y entre las dos existe una fuerza de gravedad Fg que depende tanto de las masas como de su distancia. Si aceptamos que dicha fuerza no es única ni es producida directamente por las masas, sino que es el resultado de la interacción de sus dos respectivos campos, estos también tienen que depender de las masas y de la distancia al igual que sus campos gravitatorios, aunque tengan una formulación diferente. Los campos gravitatorios serán en este caso campos secundarios.
Si cada uno de los campos afecta al otro, no tenemos porqué pensar que lo hace en un punto concreto, o a través de la línea que une a las dos masas o del espacio que las separa: lo estrictamente lógico es que esa interacción tenga lugar en todo el espacio, en la totalidad del espacio que rodea a cada masa. En un principio desconocemos cual es el mecanismo de esa interacción, pero conocemos su resultado, la fuerza de la gravedad entre dos masas M1 y M2 separadas una distancia R es igual a:
Fg = G x M1 x M2 / R^2 siendo G la constante de gravitación universal.
A partir de este dato y aceptando que la acción de la gravedad es el resultado de la interacción de dos campos en la totalidad del espacio, se puede calcular el valor del campo (cuya naturaleza ignoramos en principio). El cálculo no es sencillo pero el resultado obtenido sí. El campo “d” que una masa M crea a una distancia R en el espacio que la rodea, tiene un valor igual a:
d = 2 x G x M / R^4 (Posibilidad B d = G x M / R^4)
Dado que las unidades fundamentales de G son newtons por metro cuadrado divididos por kilogramo al cuadrado, las unidades de “d” son newtons divididos por metro cuadrado y kilogramo:
d se expresa como Newtons / metros cuadrado x kilogramo.
Esto significa que el campo d es un campo de fuerza, un campo que posee una determinada fuerza por metro cuadrado y kilogramo.
Pero el campo d no se altera si lo expresamos de otra forma, multiplicando por metros su numerador y denominador. En ese caso, d nos ofrece otro sentido físico, ya que se expresaría como:
d igualmente se puede expresar como Newtons x metro / metros cúbicos y por kilogramos.
Pero Newtons por metro es una unidad de energía, julios, y metros cúbicos es volumen, luego el campo d representa una cierta cantidad de energía por volumen y kilogramo.
Si ahora consideramos un campo d constante (por ejemplo en una corona esférica alrededor de una masa M) y multiplicamos el campo d por el volumen de esa corona:
d x V = X julios / kilogramo:
Es decir, lo que obtenemos es una determinada cantidad de julios por kilogramo, pero precisamente julios por kilogramo son las unidades fundamentales de un campo de energía potencial alrededor de una masa M.
Por consiguiente, d es el campo primario que suponíamos debía existir cuando consideramos la energía potencial, y cuando separamos m de M una distancia R la energía potencial de m es precisamente igual al producto del campo primario d creado por M, por la masa m y por el volumen R^3. Luego es en ese volumen en lo que se convierte la energía que suministramos a m y que aparentemente desaparece. Esa energía se ha invertido en el campo primario de M, pero como dicho campo no cambia porque solamente depende de M y de R, lo que ha aumentado es el espacio. Por así decirlo, se ha creado un espacio R^3 nuevo. La fuerza de la gravedad es la que se opone a la creación de ese espacio y hace que este recupere su estado original devolviendo entonces la energía acumulada, o lo que es lo mismo, la energía potencial.