En física, las teorías de la gravitación postulan mecanismos de interacción que gobiernan los movimientos de los cuerpos con masa. Ha habido numerosas teorías de la gravitación desde la antigüedad. Las primeras fuentes existentes que discuten tales teorías se encuentran en la filosofía griega antigua. Este trabajo fue promovido durante la Edad Media por científicos indios, islámicos y europeos, antes de obtener grandes avances durante el Renacimiento y la Revolución Científica, que culminó con la formulación de la ley de gravitación universal de Isaac Newton. Esto fue reemplazado por la teoría de la relatividad de Albert Einstein a principios del .
El filósofo griego Aristóteles () creía que los objetos tienden hacia un "lugar natural" debido a su gravedad o pesadez interna a ellos. Vitruvio () entendió que los objetos caen en función de su gravedad específica. En el , el erudito bizantino alejandrino Juan Filópono modificó el concepto aristotélico de la gravedad con la teoría del ímpetu. En el , el astrónomo indio Brahmagupta habló de la gravedad como una fuerza de atracción. En el , los filósofos europeos Jean Buridan y Alberto de Sajonia —influenciados por ciertos eruditos islámicos — desarrollaron la teoría del ímpetu y la relacionaron con la aceleración y la masa de los objetos. Albert también desarrolló una ley de proporción sobre la relación entre la velocidad de un objeto en caída libre y el tiempo transcurrido.
A principios del , Galileo Galilei descubrió que todos los objetos tienden a acelerarse por igual en caída libre. En 1632, presentó el principio básico de la relatividad. La existencia de la constante gravitacional fue explorada por varios investigadores desde mediados del , lo que ayudó a Isaac Newton a formular su ley de gravitación universal.
La mecánica clásica de Newton fue reemplazada a principios del , cuando Einstein desarrolló las teorías especial y general de la relatividad. La existencia de una partícula hipotética de la fuerza de la gravedad sigue siendo un caso de la búsqueda de una teoría del todo, es una de varios modelos candidatos de gravedad cuántica.
Antigüedad
Antigüedad clásica
Heráclito, Anaxágoras, Leucipo y Demócrito vínculo=https://en.wikipedia.org/wiki/File:Ca'_Rezzonico_-_Eraclito_1705_-_Giuseppe_Torretti_(cropped)2.jpg|miniaturadeimagen|Heráclito.|249x249px vínculo=https://en.wikipedia.org/wiki/File:Leucippus._Line_engraving_by_S._Beyssent_after_Mlle_C._Reyde_Wellcome_V0003528.jpg|alt=A line engraving of Leucippus|miniaturadeimagen|260x260px|Leucipo de Mileto. El filósofo griego jónico Heráclito () usó la palabra logos ('razón', 'palabra' o 'discurso') para describir un tipo de ley que rige y mantiene el cosmos en armonía, moviendo todos los objetos, incluidas las estrellas, los vientos y las olas. Anaxágoras (), otro filósofo jónico, introdujo el concepto de "inteligencia" o nous(mente cósmica) como fuerza ordenadora.
En las obras cosmogónicas del filósofo griego Empédocles (c. 494 – c. 434/443 a. C.) se distinguían dos fuerzas cósmicas fundamentales y opuestas, la "atracción" y la "repulsión"; que Empédocles personificó como "Amor" y "Discordia" (Philotes y Neikos).
Los antiguos atomistas Leucipo () y Demócrito (c. 460 a. C.-c. 370 a. C.) propusieron que el cosmos se creó cuando un gran grupo de átomos se juntaron y se arremolinaron como un vórtice (dine). Los átomos más pequeños se convirtieron en los cuerpos celestes del cosmos. Los átomos más grandes del centro se unieron como una membrana a partir de la cual se formó la Tierra.
Aristóteles vínculo=https://en.wikipedia.org/wiki/File:Statue_at_the_Aristotle_University_of_Thessaloniki_(cropped).jpg|izquierda|miniaturadeimagen|Aristóteles.|273x273px En el , el filósofo griego Aristóteles enseñó que no hay efecto ni movimiento sin causa.Física, VII, 1, 241b 24 La causa del movimiento natural descendente de los cuerpos pesados del mundo sublunar, como el elemento tierra y el agua, estaba relacionada con su naturaleza (gravedad, βαρύς), lo que hacía que se movieran hacia abajo, hacia el centro del universo (geocéntrico). Por esta razón, Aristóteles sostuvo una Tierra esférica, ya que "cada porción de tierra tiene peso hasta que llega al centro, y el empuje de partes mayores y menores no produciría una superficie ondulada, sino más bien compresión y convergencia de parte y parte hasta alcanzar el centro".Sobre el cielo, 287b1–14, 297a8–25 Por otro lado, los cuerpos ligeros, como el elemento fuego, eran movidos por su naturaleza (levedad, κοῦφος) hacia arriba, hacia la esfera celeste del mundo supralunar (la Luna, el Sol y los planetas).Grant, Edward (1996). The Foundations of Modern Science in the Middle Ages, Cambridge University Press, pp. 60–61.Pedersen, Olaf (1993). Early Physics and Astronomy, Cambridge University Press, p. 130. Los objetos astronómicos del mundo supralunar cercanos a las estrellas fijas están compuestos de éter, un elemento imperecedero que no está sujetos a generación y corrupción y se mueve de forma natural e infinita siguiendo un complejo movimiento circular.Sobre el cielo, 268b12 - 269b15 Más allá de ellos está el primer motor inmóvil, la causa final de todo movimiento en el cosmos. miniaturadeimagen|Las leyes del movimiento de Aristóteles. En su Física afirma que los objetos caen con una velocidad proporcional a su peso e inversamente proporcional a la densidad del fluido en el que están sumergidos. Esta es una aproximación correcta para los objetos en el campo gravitatorio de la Tierra que se mueven en el aire o el agua.
Aristóteles "creía además que los objetos caen a una velocidad proporcional a su peso". Declaró que los objetos pesados (tierra, por ejemplo) requieren más fuerza para hacerlos moverse; y los objetos empujados con mayor fuerza se mueven más rápido:El astrofísico Carlo Rovelli señala que esta aproximación es correcta para objetos en el campo gravitacional de la Tierra moviéndose en aire o agua, aunque se sabe que sus teorías físicas están erradas, ya que dos objetos de distintas masa caen a velocidades similares (ver la experimento de la Torre Inclinada de Pisa de Galileo). En consecuencia se supone que Aristóteles no basó su teoría de la gravedad en experimentos. Rovelli cree que la ausencia de experimentos "no debe confundirse con la falta de observación", ya que la física aristotélica "se basa en observaciones precisas, como su biología". J. F. Donoghue y B. R. Holstein (1987) descubrieron que "en la teoría cuántica de campos de temperatura finita han revelado que a T > 0 los objetos más pesados y/o más fríos en realidad caen más rápido que sus contrapartes más ligeras y/o más cálidas".
El filósofo argumentó en su Física y Metafísica a favor de la idea de varios "motores inmóviles" situados en varias "esferas celestes" que producen el movimiento en el mundo, los planetas y las estrellas. A su vez, existe un «primer motor inmóvil» que es el principio físico de todo cambio en el mundo que acciona la primera esfera celeste y vivía más allá de la esfera de las estrellas fijas. Este ser Aristóteles lo atribuye con «dios» (to theion).
Epicuro, Estrato de Lámpsaco y Aristarco de Samos izquierda|miniaturadeimagen|312x312px|Epicuro. La filosofía atomista culminó en la escuela epicúrea. Epicuro (341 a. C. - 270 a. C.) consideraba que el peso era una propiedad inherente de los átomos que influye en su movimiento. Estos átomos se mueven hacia abajo en constante caída libre dentro de un vacío infinito sin resistencia a la misma velocidad, independientemente de su masa. Por otro lado, el movimiento ascendente se debe a las colisiones atómicas. Los epicúreos se desviaron de las teorías atomistas más antiguas, como la de Demócrito al proponer la idea de que los átomos pueden desviarse aleatoriamente de su trayectoria.
El físico Estratón de Lámpsaco (c. 340 a. C. - c. 268 a. C.), quien sucedió a Teofrasto, discípulo de Aristóteles, en la dirección de la escuela peripatética, armonizó parte de la física aristotélica con las doctrinas atomistas. Según H. B. Gottschalk, fue “el primer peripatético en hacer uso sistemático del método experimental". En esos dos libros Sobre la ligereza y la pesadez y Sobre el movimiento, Estratón abandonó la doctrina de Aristóteles de los "lugares naturales" a cambio de una visión mecánica. Al igual que los epicúreos, Estratón creía que los cuerpos tienen una tendencia a moverse "hacia abajo" en relación con el resto del mundo por su propio peso y que las leyes físicas que gobiernan la Tierra son las mismas que gobierna el cielo como afirma en su propio tratado Sobre los cielos. El autor griego Estobeo afirma que Estratón explicó el movimiento hacia arriba por referencia a una teoría primitiva de la flotabilidad. Estratón también refutó la creencia aristotélica de que los objetos ganan "peso" a medida que caen.
El físico e ingeniero romano del , Herón de Alejandría (c. 10 d. C.- 70 d. C.) pareció adoptar una visión híbrida de las ideas de Aristóteles y Estratón.
El astrónomo griego Aristarco de Samos (c. 310 a. C.- c. 230 a. C.) teorizó la traslación de la Tierra alrededor del Sol en una cosmología heliocéntrica. Seleuco de Seleucia (c. 190 a. C.; fl. c. 150 a. C.) apoyó su cosmología y señaló la relación entre la amplitud de la marea y las fases de la Luna (véase Campo gravitatorio de la Luna).
Arquímedes miniaturadeimagen|Arquímedes.|267x267px
El físico griego Arquímedes del descubrió el centro de masa de un triángulo. También postuló que si el centro de gravedad de dos pesos iguales no fuera el mismo, estaría ubicado en el medio de la línea que los une. En Sobre los cuerpos flotantes , Arquímedes afirmó que para cualquier objeto sumergido en un fluido existe una fuerza de flotación hacia arriba equivalente al peso del fluido desplazado por el volumen del objeto. Los fluidos descritos por Arquímedes no son autogravitantes, ya que supone que "cualquier fluido en reposo es la superficie de una esfera cuyo centro es el mismo que el de la Tierra" (ver Principio de Arquímedes).
Hiparco de Nicea, Lucrecio y Vitruvio En el , el astrónomo griego Hiparco de Nicea (c. 190 a. C.- c. 120 a. C.) también rechazó las ideas de Aristóteles sobre el movimiento y siguió a Estratón al adoptar alguna forma de teoría del ímpetu para explicar la gravedad. Simplicio de Cilicia resumió su teoría así:miniaturadeimagen|Lucrecio.|253x253pxEn el famoso poema De rerum natura de Lucrecio (c. 99 a. C.- c. 55 a. C.) se declara que los cuerpos con más átomos son más pesados y caen más rápido porque opone menos resistencia el medio por el que fluyen (aire o agua), pero:
Esta visión anticipa el principo de inercia y principio de equivalencia débil pero no fue aceptada por otros físicos que no creían en la existencia del vacío (como Aristóteles y los estoicos). El científico romano Galeno (c. 129 d. C -, c. 201/216 d. C) se quejaría de que este debate acerca del movimiento en el vacío estaría inactivo hasta que se demostrase su existencia y pudiera realizar tal experimento.
El ingeniero y arquitecto romano Vitruvio (c. 80 / 70 a. C.-15 a. C.) sostuvo en su De architectura que la gravedad no depende del peso de una sustancia sino de su 'naturaleza' (cf. gravedad específica):
Plutarco, Plinio el Viejo y Claudio Ptolomeo vínculo=https://en.wikipedia.org/wiki/File:Pliny_the_Elder,_Loggia_del_Consiglio,_Piazza_dei_Signori,_Verona_(37520060770)_(cropped).jpg|miniaturadeimagen|224x224px|Plinio el Viejo. El filósofo griego Plutarco () sugirió que la atracción gravitacional no era exclusiva de la Tierra. Los efectos gravitacionales de la Luna sobre las mareas fueron notados por Plinio el Viejo (23 d. C. – 79 d. C.) en su Naturalis Historia y Claudio Ptolomeo (100 d. C. - c. 170 d. C.) en su Tetrabiblos describieron también este fenómeno.
Época bizantina
Juan Filópono