Gravedad modificada

Gravedad modificada se refiere a teorías que cambian o amplían la de Einstein relatividad general (nuestra descripción estándar de la gravedad) para explicar acertijos que la relatividad general, combinada con la materia conocida, no puede explicar fácilmente. La relatividad general ha pasado todas las pruebas de precisión durante más de un siglo, por lo que modificarla no se hace a la ligera. Pero dos de los mayores misterios de la física motivan el esfuerzo.

¿Por qué cambiar una teoría exitosa?

La primera motivación es la aceleración cósmica. La expansión del universo se está acelerando, normalmente atribuida a energía oscura. Una alternativa es que la gravedad misma se comporte de manera diferente en las escalas más grandes, produciendo aceleración sin ningún componente energético nuevo. La segunda motivación es la rotación de las galaxias, normalmente explicada por materia oscura; algunas teorías, en cambio, modifican cómo funciona la gravedad a bajas aceleraciones. Una motivación más profunda es la búsqueda de gravedad cuántica, donde surgen naturalmente extensiones de las ecuaciones de Einstein.

Tipos comunes de modificación

La mayoría de las teorías de la gravedad modificada añaden nuevos ingredientes a la relatividad general de forma controlada. Teorías escalares-tensoriales agregue un campo adicional junto con la geometría del espacio-tiempo, para que la fuerza de la gravedad pueda variar en el espacio y el tiempo. f(R) gravedad generaliza la ecuación que vincula la curvatura con la energía. Gauss-Bonnet y las teorías de dimensiones superiores añaden términos de curvatura adicionales que se vuelven importantes en campos fuertes o dimensiones adicionales. Cada uno debe reducirse a la relatividad general ordinaria en los regímenes en los que ha sido probado (como el Sistema Solar) y al mismo tiempo diferir en otros lugares.

Cómo se prueba la gravedad modificada

La fortaleza de la relatividad general es que hace predicciones precisas y cualquier modificación debe coincidir con ellas. Las pruebas incluyen las órbitas precisas de los planetas y púlsares binarios, la curvatura de la luz por las galaxias (lentes gravitacionales), la velocidad de ondas gravitacionales (medido en 2017 para igualar la velocidad de la luz con una precisión extraordinaria, lo que descartó muchas propuestas de un plumazo) y el patrón detallado de la estructura cósmica. Cada nueva observación reduce el campo de alternativas viables.

Un error común

La gravedad modificada no es un rechazo de Einstein. Toda teoría seria está construida para reproducir la relatividad general allí donde ha sido confirmada y para diferir sólo en regímenes no probados: el universo primitivo, las escalas cósmicas más grandes o los campos gravitacionales más fuertes. El objetivo no es derrocar a Einstein sino encontrar dónde, si es que hay algún lugar, se agota su teoría.