MASA NEGATIVA por el Prof. Dr. D. Alberto Requena Rodríguez, académico numerario

En los últimos tiempos, en muchas ocasiones, surge el concepto de masa negativa. Muchas veces, los argumentos que se emplean para introducirla son demasiado simples como, por ejemplo: si hay carga negativa y carga positiva, ¿por qué no iba a haber masa positiva y negativa?  Otras veces surge en conexión con los estados de energía negativa de la ecuación de Dirac o la inversión de masa de Tiomno. No hay evidencia empírica de su existencia. Tampoco la había cuando Dirac descubrió teóricamente la existencia del positrón. No pensó que se detectara experimentalmente nunca y hoy el PET es de uso cotidiano en muchas instalaciones hospitalarias, para efectuar trabajos de rutina médica, empleando los positrones que Dirac conjeturara. La masa negativa, es objeto de atención en experimentos mentales y no parece que incumpla ninguna ley física fundamental.

 

El Universo conocido requiere que un 90% de la masa sea de naturaleza desconocida y una poderosa energía oscura, que puedan justificar el incremento de la aceleración en la expansión constatada de aquél. Esto, incentiva el estudio y examen de nuevos tipos de materia y energía. La pretensión de buscar su existencia y tratar de encontrarla, exige formular alguna hipótesis de cómo se comporta. Ciertamente, cuando se habla de masa negativa se piensa, con cierta proclividad, considerar que se trata de un objeto no físico. Algo de razón hay en ello, por cuanto, nunca se ha observado. Claro, que se ha argüido que, si los estados de energía negativa se aceptan, entonces la masa positiva caería a valores negativos hasta alcanzar menos infinito y el Universo no sería observable. Esto, es más una conjetura que otra cosa y hay que examinar las interacciones particulares para deducir qué supone la existencia de una masa negativa.

 

Entendamos que cada vez que hablamos de masa negativa, en todas las expresiones en que intervenga, sustituiremos m por -m, siendo m (la masa) un número real y positivo. Por ejemplo, si la ley de Newton es F = m a, para una partícula de masa negativa, F= – m a. Hay otras formas de introducirla, pero esta forma de introducirla no viola el principio de equivalencia, de que todos los objetos (de diferente masa) sufren la misma aceleración en un campo gravitacional, vale tanto para masas positivas como para negativas. La fuerza aérea y la armada norteamericana han mantenido programas de investigación sobre la antigravedad. LA NASA mantuvo un programa entre 1996 y 2002 titulado ruptura de la física de propulsión y una de las investigaciones consiste en estudiar los agujeros de gusano, en los que se trabaja con masas negativas.

A título de ejemplo vamos a concretar el comportamiento previsible en la física newtoniana ¿Qué haría un objeto de masa negativa en el campo gravitacional de la Tierra? Empleemos la intuición. Según el principio de equivalencia podríamos decir que una manzana de masa negativa cae hacia abajo, al igual que una de masa positiva. La ley de la gravitación de Newton, F = – m M G /r2 r, que proporciona la fuerza que ejercen dos masas, m y M, que interaccionan, lleva un signo negativo, con lo que, como la masa de la Tierra (M) es positiva, cuando la otra masa (m) es positiva producen una fuerza negativa que es atracción entre ambas. Si una de ellas es negativa, entonces el signo sería positivo. Así que un objeto de masa negativa se alejaría de la Tierra. Una manzana de masa negativa se alejaría de la Tierra. Pero si introducimos esa masa negativa en la segunda ley de la dinámica, F= – m a, que relaciona la fuerza con la aceleración, como fuerza y aceleración tendrían signo contrario para una masa negativa, la aceleración se opondría a la fuerza gravitacional que la alejaría, resultando que la haría caer hacia la tierra la manzana de masa negativa. Quiere decirse que dos planetas de masas negativas, una positiva y otra negativa o dos negativas, caerían el uno sobre el otro.

 

En cambio, en el marco de la mecánica relativista, Bondi demostró que cuando las masas positiva y negativa son parecidas, la masa negativa es atraída por la positiva, pero la masa positiva es repelida por la negativa, de forma que la masa negativa persigue a la masa positiva. Por tanto, si se crea una partícula de masa negativa, cerca de una de masa positiva, el par que se forma se acelerará, aproximándose a la velocidad de la luz.

 

Se ha especulado con que la masa negativa puede emplearse para lograr el apantallamiento gravitacional. ¿Sería una de las explicaciones de la facilidad con la que los pueblos bien antiguos manejaron los descomunales pesos que suponían las enormes piedras que tenían que trasladar a veces a grandes distancias, como debió ocurrir en la construcción de muchos monumentos de la antigüedad, como las pirámides, por ejemplo?. Pues bien, veamos cómo podemos argumentar desde la existencia de masa negativa. Supongamos que tenemos una alfombra delgada y de densidad uniforme, d, en gramos / cm2 . Una masa negativa, hemos visto que cae hacia la Tierra y esto es lo que le ocurrirá a una alfombra, naturalmente. El campo gravitacional fuera de una alfombra aislada es g = 2 G d r, siendo r el vector que apunta hacia fuera de la alfombra. Esto es válido para una masa en forma de hoja infinita. Ahora bien, el campo gravitacional por encima de la alfombra situada en el suelo es g = – M G / R2 r + 2 G d r, siendo M y R la masa y el radio de la Tierra. Si          d = M/2R2, desaparece el campo gravitacional, ya que g=0. El valor de la densidad de masa es de 7 x 109 gramos/cm2. Podríamos suspender un objeto de cualquier masa, aunque precisaríamos como masa negativa la de un pequeño asteroide, para construir un metro cuadrado, con lo que no es muy rentable el procedimiento. Motivo de estudio y análisis.¡No cabe duda!