¿Qué significa la curvatura del espacio-tiempo?

El espacio-tiempo es probablemente el concepto más famoso y peor entendido de la física. Antes de hablar de la curvatura, hay que entender lo que significa el espacio tiempo.

Primero lo que no es.

El espacio-tiempo no es un objeto, no es un plano, no es algo sólido, líquido, gaseoso, no es algo material. Al no ser un objeto, no podemos romperlo, no podemos tomarlo con las manos y deformarlo a conciencia. No podemos abrir agujeros para pasar al otro lado (al otro lado de qué?) como si fuera una superficie, y ciertamente no es una tela. El espacio tiempo no es lo mismo que el espacio.

El espacio-tiempo

El espacio tiempo es una relación matemática que describe el comportamiento de la materia en un campo gravitacional producto de la masa/energía. Relación matemática o modelo matemático implica que es una descripción de la realidad, en este caso, una descripción de la gravedad desde un punto de vista particular que relaciona el espacio con el tiempo, según los parámetros definidos de tiempo y espacio. Con esta descripción es claro que el espacio-tiempo es una abstracción, de la misma forma que cualquier fórmula matemática es una abstracción de la realidad, de la misma forma que un mapa describe un territorio. No seamos ingenuos, el mapa describe el territorio pero no es el territorio. La relación entre espacio y tiempo (espacio-tiempo) describe la gravedad.

La relación entre el espacio (distancias, velocidades, movimiento a través del espacio) y el transcurrir del tiempo (según la definición actual de tiempo) es tal que se puede expresar de forma matemática. El resultado de esa relación, es lo que se manifiesta como fuerza de gravedad.

Einstein nunca dijo que la gravedad no es una fuerza. De hecho en varias ocasiones advirtió que si bien es cierto la teoría de la relatividad describe a la gravedad como la relación entre espacio y tiempo producido de la presencia de masa/energía, la gravedad se manifiesta como una fuerza, con las características que tiene una fuerza.

La gravedad

Sabemos que la intensidad de la gravedad producida por un objeto se basa en dos cosas: la cantidad de masa/energía del objeto y la distancia a la que está el objeto. La gravedad de la Tierra se debe a su masa, y el campo gravitatorio se atenúa a medida que nos alejamos del planeta.

Esa relación entre intensidad gravitatoria y distancia se puede perfectamente expresar en una gráfica. Es una relación matemática. Hago énfasis en la expresión relación matemática porque es precisamente la base de la pregunta original.

Si ves, la gráfica es una curva, y vamos entendiendo de dónde sale “curvatura” del espacio tiempo.

Pero el universo no es una gráfica xy, el espacio en el universo es de tres dimensiones xyz. Fíjate que dije espacio y no espacio-tiempo. No son términos intercambiables así que hay que tener cuidado con ellos.

Entonces si queremos representar los campos gravitatorios ya con una visión más completa de objetos tridimensionales, empezamos a ver imágenes como esta:

allí ves que la gravedad, o el campo gravitatorio, está representado por una deformación (curvatura). Mientras más masivo es un objeto, más distorsiona el campo gravitatorio. El objeto crea una curvatura. El plano cuadriculado representa al espacio-tiempo, o sea, el campo gravitatorio.

Lo malo de esta imagen es que para facilitar la visibilidad, presenta a la gravedad/espacio-tiempo como un plano, cosa que no es, deformado hacia abajo, lo cual tampoco es cierto. Pero es una representación, y lo que debemos sacar de ella es que esa deformación hacia abajo en realidad representa la intensidad de la gravedad en esos puntos, no la dirección.

La curvatura es la forma gráfica o matemática de expresar la intensidad del campo gravitatorio. La intensidad el campo gravitatorio va en función de la relación entre espacio y tiempo, el espacio-tiempo. La gravedad es la curvatura del espacio-tiempo.

Y por si no quedó claro, nunca nunca confundas espacio con espacio-tiempo. La curvatura no es una deformación del espacio, como dicen algunos. Es una deformación en la relación matemática del espacio-tiempo.