¿Es posible crear energía a partir de la gravedad?

Hay una primera contestación sencilla que viene rápidamente a mi mente: “claro que sí, utilizamos la gravedad todos los días como fuente de energía”. Utilizamos la gravedad de varias formas. Por ejemplo, tenemos la energía hidroeléctrica. Cuando tenemos agua almacenada en un embalse, es decir, a una altura superior a la del nivel del mar, podemos dejarla caer hacia alturas menores extrayendo de ella energía. El agua de un embalse se queda ahí porque hay paredes que la mantienen encerrada. En el momento en que abrimos una simple compuerta, el agua sale a gran velocidad. El fenómeno es equivalente a tener una manzana en la mano y soltarla. La gravedad hace su papel y hace que el agua o la manzana caigan hacia abajo, es decir, hacia el centro de la Tierra, con gran rapidez.

En términos más técnicos, lleva al agua o a la manzana a situaciones con menos energía potencial, pero con más energía cinética (energía por movimiento), de tal forma que la energía total se conserva. Lo que hacemos, por tanto, es robarle energía a la gravedad. Para conseguirlo, solo tenemos que extraer la energía cinética organizada que posee el movimiento del agua que sale del embalse (o el de la manzana, pero esta lleva muy poca energía en comparación). Esencialmente, lo que hacemos es frenarla un poco a base de transferir su movimiento a otros elementos como una turbina y de ahí al movimiento de electrones en cables eléctricos: ¡una bombilla en nuestra casa se encendió gracias a la gravedad!

En términos más abstractos, la gravedad proporciona enlaces entre la materia, y a esos enlaces se les puede asociar un contenido energético. Cuando una manzana cae de un árbol al suelo, cambia su relación de enlace con toda la Tierra. Por ser la gravedad atractiva su energía de enlace es negativa. La manzana en el suelo está más enlazada con la Tierra que lo estaba en el árbol (por estar más lejos del centro de masa de la Tierra), y esto hace que su energía de enlace sea más negativa. En la caída de la manzana, el aumento de energía negativa se compensa con el aumento de la energía de cinética, positiva, de la manzana. Cuando golpea el suelo, esta energía positiva es convertida en un pequeño aumento de la temperatura en el lugar del golpeo: el cambio en la energía de enlace de la gravedad se ha transferido así al movimiento caótico de la ingente cantidad de partículas microscópicas que constituyen el suelo. De nuevo, otro ejemplo de extracción de energía gravitatoria.

La gravedad reina en el cosmos     

Pero la potencia de la gravedad no queda ahí. Donde la gravedad reina de forma absoluta es en los fenómenos astrofísicos. Por ejemplo, las estrellas brillan debido a la gravedad. Dentro de las inmensas nubes de gas que pueblan el universo se generan regiones que caen sobre sí mismas debido a la gravedad. La gravedad comprime el gas de estas regiones, haciendo que este se caliente. Así, se llega a un umbral en el que los átomos de hidrógeno que componen mayoritariamente el gas son capaces de fusionar sus núcleos para formar átomos de helio. En este proceso conocido como fusión nuclear se extrae energía de la propia materia, al cambiar una vez más las energías de enlace que contienen los pilares que soportan su estructura. La energía extraída de la materia es radiada al espacio exterior en todas direcciones en forma de paquetes de luz. No se ha extraído energía directamente de la gravedad, pero esta ha actuado de catalizador fundamental.

Desde las enseñanzas de Albert Einstein, sabemos que masa es equivalente a energía. En la fusión nuclear se llega a convertir alrededor del 1 % de la masa inicial de gas hidrógeno en energía. Es decir, cuando todo el gas se ha convertido en helio, este pesará un 1 % menos que el gas inicial. Es una fuente de energía de una eficiencia espectacular, si la comparamos, por ejemplo, con la energía que podemos extraer de los combustibles fósiles: ¡tan solo una millonésima de su masa!

Gravedad y agujeros negros 

Sin embargo, existen otros procesos, también con la gravedad como protagonista, en el que la conversión masa-energía puede llegar a eficiencias todavía mucho mayores que la energía de fusión. La tendencia atractiva de la gravedad hace que en la naturaleza se vayan generando progresivamente objetos más y más compactos. Por compacidad, me refiero esencialmente a la razón entre el radio gravitacional de un objeto (una longitud proporcional a la masa del objeto) y su radio real promedio. El radio gravitacional de la Tierra es de tan solo 1 centímetro, mientras que su radio real es de 6000 kilómetros. Es por esto que podemos decir que, en términos gravitatorios, la Tierra es muy poco compacta: 1 dividido por 600.000.000.

Sabemos que en el universo hay objetos con una compacidad extrema, alrededor de la unidad: son lo que se conoce en astrofísica como agujeros negros. El 14 de septiembre de 2015 se detectó por primera vez la emisión de ondas gravitatorias debida a la colisión de dos de estos objetos con unas 30 veces la masa del Sol cada uno (todo un hito de la ciencia). En ese choque se lanzó al espacio en forma de ondas gravitatorias el equivalente a 3 veces la masa del Sol. Todo en una fracción de segundo. En ese momento, esta colisión “brilló” más que todas las estrellas del universo sumadas. He escrito la palabra brilló entre comillas porque este brillo no se produjo en forma de luz sino en forma de ondas gravitatorias, la otra forma de luz que sabemos existe en el universo.

Aparte de la extracción de energía a partir de colisiones de agujeros negros, también podemos extraer energía gravitatoria si nos encontramos con un agujero negro rotante. Se espera que la mayor parte de los agujeros negros en el universo se encuentren rotando a grandes velocidades. La energía cinética de rotación de estos objetos tiene su equivalente en masa, por lo que estos objetos pesan más que sus homólogos no rotantes. 

Esta energía cinética rotacional puede ser extraída del agujero negro, haciendo que este vaya frenando su giro. Se ha calculado que de esta forma se puede llegar a extraer hasta el 29 % de la masa/energía que posee el agujero negro rotante. Es el mecanismo con mayor eficiencia en cuanto a extracción de energía que se conoce (con la excepción de la aniquilación materia anti-materia, con un 100 % de eficiencia; el problema, sin embargo, es encontrar anti-materia la cual no parece existir de forma natural en nuestro universo). Este mecanismo de extracción de energía se cree que es el responsable del gigantesco brillo, durante mucho tiempo inexplicable, de los núcleos de las galaxias activas.

Un eslogan para terminar: no solo se puede extraer energía de la gravedad, sino que esta parece ser la fuente de energía más poderosa del universo.

Cortesía de Muy Interesante

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