Juan Manuel Montes

(31-5-2018)

«El vidrio, por ejemplo, es transparente a la luz, pero mucho menos al calor [···]. Los metales no solo son opacos a la luz y al calor, sino también a la energía eléctrica [···]. Ahora bien, todas las sustancias conocidas son “transparentes” a la gravitación. Es posible utilizar diversas pantallas para protegerse de la luz, del calor, o de la influencia eléctrica del Sol [···], pero nada parece poder interrumpir la atracción gravitatoria de la Tierra o del Sol. Y sin embargo, es difícil de entender por qué no podría existir una sustancia así. Cavor no lo sabía y, ciertamente, yo no podía decírselo [···]. Baste decir que él creía posible fabricar esa sustancia opaca a la gravitación a partir de una complicada aleación de metales y de algo nuevo; un nuevo elemento, quizás, tal vez helio, que le fue enviado en frascos de piedra sellados.» 

Los primeros hombres en la Luna

H.G. Wells, 1901

No hay duda de que la cavorita, el material creado por el científico Cavor en la novela “Los primeros hombres en la Luna”, estaría llamada a revolucionar los medios de transporte, no solo terrestres, sino también interplanetarios. Pocos detalles sabemos acerca de su composición y método de fabricación; tan solo que surgía a partir de una complicada aleación de metales y de algo más, quizás helio. Semejante composición era capaz de dotar al material de un «efecto apantallador» de la atracción gravitatoria, de tal suerte que si un cuerpo se recubría con ella, este se volvería opaco a la gravedad de la Tierra, y automáticamente perdería su peso y levitaría. En la novela, el Sr. Cavor, con la ayuda de un empresario, el Sr. Bedford, construyen una cápsula esférica de vidrio, en cuyo interior se alojarán los viajeros, que se inscribe en una estructura metálica ligera, en forma de poliedro (el autor desaprovecha aquí sugerir la forma de buckybola), cuyas caras van cubiertas por láminas de cavorita que pueden recogerse y extenderse a modo de persianas. Dada la geometría esférica del dispositivo, cuando todas las láminas de cavorita estaban completamente extendidas, la nave quedaba totalmente aislada de cualquier atracción gravitatoria, por lo que levitaba libremente. Para dirigirla en dirección a la Luna, bastaba con recoger (plegar) alguna de las láminas de cavorita que apuntaba al satélite, para que de este modo la nave sintiera su efecto de atracción. Para frenar el movimiento, bastaba actuar sobre la lámina de la cara opuesta, plegándola o desplegándola a conveniencia, para graduar el influjo gravitatorio de la Tierra. Un método, sin duda, ingenioso.

La cápsula espacial cubierta de cavorita.

Desgraciadamente, no existe, ni existirá ningún material de este tipo, si nuestras teorías físicas actuales acerca de la gravedad no andan muy erradas. Sencillamente, no es posible tal cosa; la universalidad de la ley de la gravitación de Newton lo impide. De acuerdo con esta ley, dos objetos se atraen independientemente de que entre ellos se interponga un tercer objeto, cuyo único efecto será añadir su atracción a las que ambos objetos se ejercen mutuamente.

Pero ¿a qué es debida esta imposibilidad si, como es bien sabido, sí resulta posible «apantallar» las fuerza eléctricas y magnéticas? Teniendo en cuenta la enorme similitud entre la ley de Newton de la gravitación universal, la ley de Coulomb de la interacción de cargas eléctricas, y la ley de Gilbert para la interacción de polos magnéticos, la cuestión se torna desconcertante.

Para responder a esta pregunta hay que indagar qué hace posible el apantallamiento eléctrico y magnético, lo que tiene que ver con la constitución y la estructura atómica de los materiales. En los metales hay presente un gran número de electrones negativos moviéndose libremente a través de una red cristalina de iones cargados positivamente.

Cuando se coloca una pieza de metal en un campo eléctrico, las cargas eléctricas negativas se desplazan en sentido contrario al del campo, dejando cargadas positivamente las zonas despobladas. Se dice entonces que el material se ha «polarizado» eléctricamente. Esta polarización induce un nuevo campo eléctrico, con la misma dirección y sentido opuesto al del campo original, al cual se superpone y cancela total o parcialmente. La explicación es algo diferente cuando el material no es metálico. En ese caso, no existen electrones que puedan moverse libremente. No obstante, el resultado final sigue siendo el mismo, aunque por un mecanismo diferente: los átomos se deforman y originan dipolos eléctricos, que vuelven a originar un campo inducido que se contrapone al campo aplicado. Un efecto similar se produce con el apantallamiento magnético, pues la mayoría de los átomos representan diminutos imanes que se orientan cuando el material se sitúa en el seno de un campo magnético. También aquí la cancelación parcial del campo impuesto y el inducido se debe a la polarización magnética de las partículas atómicas. (Esto es solo una simplificación operativa, hoy sabemos bien que las fuentes del campo magnético no son los polos magnéticos como supuso Gilbert, sino las corrientes cerradas. Además, el apantallamiento también puede ser debido a la generación de corrientes de Foucault inducidas en el material.)

La polarización gravitatoria de la materia, que haría posible el apantallamiento de la atracción de la gravedad, requeriría que la materia estuviera constituida por dos tipos de partículas: unas con masa gravitatoria positiva, que serían atraídas por la Tierra, y otras con masa gravitatoria negativa, que serían repelidas por la Tierra. En la Naturaleza encontramos cargas eléctricas positivas y negativas, y también polos magnéticos norte y sur (fíjese que digo polos y no monopolos), pero, hasta el momento, solo se han encontrado partículas con masa gravitatoria positiva, y no negativa. De este modo, no es posible, por tanto, que la materia ordinaria pueda ser polarizada gravitatoriamente, con lo que no puede existir apantallamiento de la gravedad.

¿Pero qué hay de las antipartículas? Estas se distinguen de sus versiones homólogas por tener carga de signo contrario, ¿no podría ser que las antipartículas, además de tener carga opuesta, también tuvieran masas gravitatorias negativas? A priori, no parece difícil dilucidar de modo experimental esta cuestión. Bastaría con analizar qué sucede cuando un haz horizontal de electrones positivos, procedentes de un acelerador de partículas, se desvía hacia abajo o hacia arriba en el campo gravitatorio de la Tierra. Pero el problema no es baladí; la dificultad reside en la enorme velocidad con la que son producidas estas partículas, cercanas a la de la luz, que hacen que las desviaciones que pudieran producirse fueran tan pequeñas que serían difícilmente medibles. Otra opción sería analizar el comportamiento de antiátomos constituidos por antiprotones y antielectrones y estudiar su comportamiento bajo la influencia de la gravedad terrestre.

El CERN, la Organización Europea para la Investigación Nuclear que se encuentra en Ginebra (Suiza), puede producir antimateria. Dado que son antagónicas, las partículas y las antipartículas cuando se encuentran se aniquilan transformándose en luz, lo que significa que el almacenaje de la antimateria en un mundo pleno de materia no es una tarea trivial.

Interior de las instalaciones del CERN.

En 1995, se obtuvieron en el CERN los primeros antiátomos de hidrógeno. Desgraciadamente, la técnica empleada para producirlos resultaba poco eficiente, pues consistía en bombardear átomos pesados con antiprotones, esperar a que se originen pares de electrón-positrón, y que algunos de estos positrones se asocien con antiprotones. Debería conseguirse, además, mantener atrapados estos átomos de antihidrógeno un tiempo superior a 40 millonésimas de segundo, para que pudieran recorrer algunos metros a una velocidad cercana a la de la luz antes de ser aniquilados.

En 2011, el CERN anunció que había conseguido atrapar 309 antiátomos de antihidrógeno y que los había logrado conservar durante el tiempo récord de mil segundos.

En 2013, el CERN puso en marcha un «decelerador de partículas» (ELENA) con el que se ha incrementado grandemente el número de átomos de antimateria que pueden ser producidos, atrapados y estudiados a velocidades mucho menores. Pero lo resultados obtenidos hasta el momento no son todavía concluyentes. Por lo tanto, desde el punto de vista experimental, la pregunta sobre el signo de la masa gravitatoria de las antipartículas permanece abierta.

Desde el punto de vista teórico, la pregunta también permanece abierta, pues no poseemos aún ninguna teoría que permita dilucidar la relación entre la interacción gravitatoria y la electromagnética. Puede decirse, sin embargo, que si un experimento futuro demostrase que las antipartículas poseen una masa gravitatoria negativa, ello supondría un serio revés al Principio de Equivalencia y pondría en aprietos a toda la teoría de la Relatividad General de Einstein que sobre él se construyó.Resultaría entonces que el Sr. Cavor no mintió.

Desde luego todo hubiese sido más sencillo si el último mensaje que envió el Sr. Cavor a la Tierra no se hubiese llegado mutilado. Podríamos, entonces, haber tratado de seguir su procedimiento, replicar la fabricación de la cavorita y estudiar sus propiedades.

Desgraciadamente, el único mensaje inteligible que nos llegó fue: “La cavorita se fabrica de este modo: tómese … i-til”. Esta última palabra, ‘i-til’, quizás fuera un ingrediente clave, o tal vez no fuera nada especial. Se ha especulado con la posibilidad de que fueran las siglas ETL, pronunciadas en inglés, lo que no resuelve el enigma, porque ¿qué es ETL? Fuera como fuere, esa última palabra ayudó a alimentar el misterio. Quizás el Sr. Cavor solo quiso decir “inútil”, para calificar su fallido intento de entablar relaciones diplomáticas con los inquietantes selenitas que allí encontró.