En el corazón del cosmos, donde la gravedad alcanza su máxima expresión, un grupo de físicos del Instituto Tecnológico de California (Caltech) ha encontrado una nueva forma de mirar el universo. En lugar de ver la gravedad como una mera curvatura del espacio-tiempo, tal como la concibió Einstein, han logrado describirla con las mismas herramientas que rigen la electricidad y el magnetismo. Su trabajo, publicado en Physical Review Letters, revela que las colisiones de agujeros negros pueden representarse mediante “campos eléctricos y magnéticos gravitacionales”, una idea novedosa y original.
El hallazgo no significa que la gravedad sea una forma de electricidad, sino que se comporta matemáticamente de manera similar. Al reescribir las ecuaciones de Einstein en un formato comparable al de las ecuaciones de Maxwell —las que explican el electromagnetismo—, los científicos consiguieron visualizar cómo se propagan las distorsiones del espacio-tiempo durante una colisión. Este avance permite ver la gravedad como un sistema dinámico, con estructuras y flujos que recuerdan a los campos eléctricos y magnéticos, lo que abre una puerta completamente nueva a la comprensión del cosmos.
La unión inesperada entre Einstein y Maxwell
A mediados del siglo XIX, James Clerk Maxwell unificó la electricidad y el magnetismo en un solo marco teórico: el electromagnetismo. Medio siglo después, Albert Einstein hizo algo similar con la gravedad y el espacio-tiempo. Pero las dos teorías nunca llegaron a encontrarse del todo. Ahora, el equipo de Caltech ha encontrado un punto de convergencia: las ecuaciones de Einstein pueden expresarse como un conjunto de ecuaciones de Maxwell no lineales. En palabras del paper: “Reescribimos las ecuaciones de Einstein como un conjunto de ecuaciones de Maxwell no lineales que describen los campos eléctricos y magnéticos gravitacionales durante la fusión de dos agujeros negros”.
Esta formulación, aunque no implica que exista un vínculo físico entre la electricidad y la gravedad, permite describir la curvatura del espacio-tiempo con la claridad y la intuición propias del electromagnetismo. En el modelo propuesto, las masas en movimiento generan una especie de “campo eléctrico gravitacional” y un “campo magnético gravitacional” que cambian y se entrelazan cuando los agujeros negros colisionan. Gracias a esta correspondencia matemática, fenómenos imposibles de visualizar —como la deformación del espacio-tiempo en las etapas finales de una fusión— se pueden representar como flujos de energía parecidos a los de una tormenta electromagnética.
"Ver" la gravedad
Uno de los mayores desafíos de la relatividad general ha sido su naturaleza puramente geométrica. Las ecuaciones de Einstein describen cómo la materia curva el espacio-tiempo, pero no ofrecen una imagen sencilla de esa curvatura. Según explica el estudio, al usar un conjunto de coordenadas locales llamado tetrad, se puede convertir esa geometría abstracta en un lenguaje de “campos”. Así, la curvatura se traduce en un campo eléctrico gravitacional —relacionado con la atracción de la masa— y un campo magnético gravitacional, que refleja el arrastre del espacio producido por la rotación.
El equipo utilizó simulaciones numéricas para estudiar cómo se comportan estos campos cuando dos agujeros negros giran uno alrededor del otro y terminan fusionándose. Los resultados mostraron que, durante el proceso, el “campo eléctrico gravitacional” se distorsiona de manera parecida a las líneas de un campo eléctrico clásico cuando interactúan dos cargas. A su vez, el “campo magnético gravitacional” adopta una forma toroidal —como un anillo o espiral— que recuerda a los bucles de un campo magnético real.
Un Coulomb para los agujeros negros
En el artículo, los autores explican que incluso un agujero negro solitario obedece una especie de “ley de Coulomb gravitacional”. Citan: “Un agujero negro de Schwarzschild tiene un campo eléctrico gravitacional que disminuye con la distancia al cuadrado, igual que una carga de Coulomb”. Esto significa que el campo de atracción de un agujero negro se puede representar con la misma estructura matemática que el campo eléctrico generado por una carga puntual.
Este paralelismo permite calcular fuerzas y trayectorias con una precisión inédita. Por ejemplo, los investigadores encontraron que la fuerza efectiva que ejerce este campo —el equivalente gravitacional de la fuerza de Lorentz en electromagnetismo— sigue una ley del tipo F = qE − J × B, donde los términos eléctricos y magnéticos describen la dinámica del espacio-tiempo. En otras palabras, los agujeros negros pueden analizarse como si fueran “cargas” y “corrientes” que deforman el universo con la misma lógica con que una corriente eléctrica altera un campo magnético.
Colisiones que "iluminan" el espacio-tiempo
El estudio no se limita a describir un agujero negro aislado. Su mayor aportación está en la simulación de una fusión binaria, el choque entre dos agujeros negros de masas similares. En esa danza gravitacional extrema, los investigadores observaron que los campos eléctricos y magnéticos gravitacionales se comportan como si se repelieran y se fusionaran, generando una estructura en espiral que se propaga hacia el exterior. Esta interacción, según el paper, “permite visualizar la emisión de ondas gravitacionales como un flujo de energía, análogo al flujo de Poynting en electromagnetismo”.
En una de las simulaciones, mostrada en la Figura 4 del estudio, se aprecia cómo las líneas de campo se arremolinan y se entrelazan en el momento de la colisión, formando una espiral de energía que recuerda a los chorros que emiten los púlsares. Es una manera nueva de representar la radiación gravitacional, que hasta ahora solo podía estudiarse a través de la detección indirecta de ondas. El modelo de Caltech ofrece una imagen tangible de ese proceso invisible: un espacio que se retuerce, vibra y libera energía, casi como si fuera una tormenta electromagnética cósmica.
Einstein bajo una nueva luz
El equipo de Caltech subraya que su enfoque no sustituye la teoría de Einstein, sino que la traduce a un lenguaje distinto, más fácil de manipular y visualizar. Según el propio artículo, “estas ecuaciones son formalmente equivalentes a las de la electrodinámica relativista”, lo que significa que todos los resultados de la relatividad se conservan, pero expresados en un marco familiar para los físicos del electromagnetismo. Esto abre la posibilidad de aplicar herramientas desarrolladas para los campos eléctricos —como las ecuaciones de Maxwell en medios materiales o los teoremas de energía— a los estudios del espacio-tiempo curvado.
Además, los autores destacan que su formulación podría ayudar a explorar la turbulencia gravitacional, un fenómeno poco comprendido. En palabras del propio Most: “Las ondas gravitacionales no son como haces de luz. Cuando se cruzan, pueden interactuar entre sí y generar algo parecido a la turbulencia”. Este comportamiento, difícil de modelar con las ecuaciones originales de Einstein, se vuelve más accesible con la nueva formulación electromagnética.
Una herramienta para la próxima era de la astrofísica
El enfoque electrodinámico de la gravedad podría revolucionar el estudio de las colisiones cósmicas. Con él, los científicos no solo pueden describir con más detalle las fusiones de agujeros negros, sino también investigar los límites de la relatividad general y las posibles desviaciones cuánticas de la gravedad. Como señalan los autores, el método podría aplicarse a otros sistemas extremos, como estrellas de neutrones o regiones cercanas a horizontes de eventos.
El trabajo también tiene un valor pedagógico y conceptual. Gracias a esta equivalencia con Maxwell, fenómenos que antes eran abstractos —como la deformación del espacio o la emisión de ondas gravitacionales— pueden representarse con imágenes intuitivas, algo crucial para la divulgación y la enseñanza de la física moderna.
Referencias
- Siddharth Boyeneni, Jiaxi Wu, Elias R. Most. Unveiling the Electrodynamic Nature of Spacetime Collisions. Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/995s-wxl7.
