Divulgación Masa de las ondas gravitacionales

[pablotrive]

Hola foro, mi pregunta esta vez es la siguiente:

Sabiendo que la luz es una onda, como tal tiene energía, y esta misma, en base al principio de equivalencia (E=mC2) es quivalente a la masa, ésta deforma el espacio produciendo una curvatura gravitatoria.

Si el campo gravitatorio se manifiesta por una onda que viaja a la velocidad de la luz y transporta una cierta energía (como toda onda) por ende una determinada masa ¿en qué grado afecta la masa de la onda gravitacional a la gravedad que genera la misma?

saludos

[LeoDamLop]

Re: Masa de las ondas gravitacionales

Si el campo gravitatorio se manifiesta por una onda que viaja a la velocidad de la luz y transporta una cierta energía (como toda onda) por ende una determinada masa ¿en qué grado afecta la masa de la onda gravitacional a la gravedad que genera la misma?

El baron de Münchhausen se sacó el mismo del pantano, tirando del cordón de sus propias botas.
Me suena a lo mismo.

[pablotrive]

Re: Masa de las ondas gravitacionales

El baron de Münchhausen se sacó el mismo del pantano, tirando del cordón de sus propias botas.
Me suena a lo mismo.

Muy ilustrativo, si lo consulte es porque tengo realmente esa duda, no para que alguien me responda con sarcasmo sin aproximar ni siquiera una vaga respuesta, si es que la tiene. "Gracias" por tu aporte tan constructivo.

[xXminombreXx]

Re: Masa de las ondas gravitacionales

Bueno, no tengo ni idea, la verdad. De primeras creo que las ondas gravitacionales no se han detectado directamente, sólo por algunas pruebas indirectas, así que no se si están científicamente aceptadas.

Lo segundo, yo no diría que energía supone masa. Que haya una equivalencia entre ambas no significa que sean lo mismo indistintamente. Los fotones por ejemplo no tienen masa, son energía pura, y que yo sepa, no producen gravedad, a pesar de sí estar afectados por ella.

Y por cierto, el barón munchaussen se sacó tirando de su propia coleta, no de los cordones de las botas, ya que con ellas sujetaba a su caballo al que también sacó del pantano... xD

[LeoDamLop]

Re: Masa de las ondas gravitacionales

Sabiendo que la luz es una onda, como tal tiene energía, y esta misma, en base al principio de equivalencia (E=mC2) es quivalente a la masa, ésta deforma el espacio produciendo una curvatura gravitatoria

Es decir el fotón como deforma el espacio, se frena a si mismo?
Otra vez veo al Barón.

[pod]

Re: Masa de las ondas gravitacionales

Hola foro, mi pregunta esta vez es la siguiente:

Sabiendo que la luz es una onda, como tal tiene energía, y esta misma, en base al principio de equivalencia (E=mC2) es quivalente a la masa, ésta deforma el espacio produciendo una curvatura gravitatoria.

Si el campo gravitatorio se manifiesta por una onda que viaja a la velocidad de la luz y transporta una cierta energía (como toda onda) por ende una determinada masa ¿en qué grado afecta la masa de la onda gravitacional a la gravedad que genera la misma?

saludos

Primero, corregir un par de ideas falsas sobre lo que dices.

Según la interpretación moderna del asunto, $E = m c^2$ no significa que cualquier energía "contenga una masa". Se interperta como la energía que es necesario aportar para crear una masa. Así que toda masa "es" energía, pero no toda la energía es masa.

Por otra parte, no es cierto que algo necesite tener masa para que se vea afectado por la gravedad. Eso sólo es cierto en la teoría de Newton. En relatividad, no sólo la masa, sino todas las formas de energía se ven afectadas por la interacción gravitatoria. Ahora bien, como hemos dicho, la masa está formada por energía, y por lo tanto la masa gravita (como ya sabíamos). A muy bajas velocidades, la energía cinética es muy pequeña en comparación con la energía en reposo (o sea, la masa), y por eso es una buena aproximación decir que la gravedad depende de la masa. Pero en relatividad, con velocidades muy altas, la energía total es muy superior a la masa, y por lo tanto la aproximación Newtoniana ya no es correcta.

Esto quiere decir que un cuerpo que se mueve muy muy rápido genera más gravedad que ese mismo cuerpo en reposo.

Resueltas estas falsas ideas, responder es muy sencillo. Sí, las ondas sin masa (luz, ondas gravitacionales, etc) se ven afectadas por la gravitación. En el caso de la luz, es algo completamente probado experimentalmente desde hace noventa años. En el caso de las ondas gravitatorias, hasta el momento no ha sido posible confirmar su existencia experimentalmente, pero la teoría matemática para describirlas funciona tan bien que pocos físicos hoy en día dudan de ello.

Por supuesto, eso no significa que las ondas se frenen a si mismas. Cuando la onda interacciona gravitatoriamente con objecto muy masivo (es decir, con mucha energía), entonces ambos intercambian momento. Pero como la energía de la onda es muy muy pequeña, la desviación sufrida al intercambiar algo de momento será muy grande. A la inversa, el cuerpo masivo sufrirá exactamente el mismo cambio de momento, pero con signo contrario (esto es una especie de tercer ley de Newton), pero como su energía es mucho mayor, eso no significará ningún cambio apreciable.

Así, pues, el resultado de esto será que las ondas, pese a no tener masa (sí tienen energía), sufren desvíos al pasar cerca de cuerpos con gran masa. Como dije, esto con luz ya fue demostrado experimentalmente en 1919, cuando Eddington midió el desvío de la luz de estrellas al pasar cerca del sol durante un eclipse. Con las ondas gravitatorias pasaría algo igual.

[pablotrive]

Re: Masa de las ondas gravitacionales

Hola Pod, antes que nada quería agradecerte el hecho de que siempre te tomes el trabajo de dar tu mejor respuesta a las inquietudes del foro.

Por otro lado, en base a tu respuesta me surge una duda, vos decís que:

Primero, corregir un par de ideas falsas sobre lo que dices.

Según la interpretación moderna del asunto, $E = m c^2$ no significa que cualquier energía "contenga una masa". Se interperta como la energía que es necesario aportar para crear una masa. Así que toda masa "es" energía, pero no toda la energía es masa.

Tenía entendido que lo que esta de un lado u otro de un signo igual " = " es justamente igual, o sea, que es indiferente de que lado del signo esté, pienso por ejemplo en A = B y entiendo que A es igual a B como B es igual a A, o sea (A=B) = (B=A), según vos decís que no es así, no lo sabia.

Con respecto a tu referencia sobre lo que me explicabas de que no es cierto que algo necesite tener masa para que se vea afectado por la gravedad, mi planteo, en si, justamente es sobre esa inquietud, si las ondas no tienen masa porque la energía también produce curvatura en el espacio-tiempo, con mas razón mi pregunta, si una onda gravitatoria (una onda que como tal, debe tener energía) debería producir curvatura también no? Tengo entendido que la gravedad se propaga como una onda, con velocidad luz, estoy equivocado?

Espero que se haya entendido mejor mi pregunta, saludos!

[pod]

Re: Masa de las ondas gravitacionales

Tenía entendido que lo que esta de un lado u otro de un signo igual " = " es justamente igual, o sea, que es indiferente de que lado del signo esté, pienso por ejemplo en A = B y entiendo que A es igual a B como B es igual a A, o sea (A=B) = (B=A), según vos decís que no es así, no lo sabia.

Correcto. Pero la "E" de la derecha no es "cualquier energía". Es la energía necesaria para crear el objeto. Luego, si además de crearlo quieres ponerlo en movimiento, la energía será mayor: $E = m c^2 + E_\text{cinética} + \cdots$.

Con respecto a tu referencia sobre lo que me explicabas de que no es cierto que algo necesite tener masa para que se vea afectado por la gravedad, mi planteo, en si, justamente es sobre esa inquietud, si las ondas no tienen masa porque la energía también produce curvatura en el espacio-tiempo, con mas razón mi pregunta, si una onda gravitatoria (una onda que como tal, debe tener energía) debería producir curvatura también no? Tengo entendido que la gravedad se propaga como una onda, con velocidad luz, estoy equivocado?

Espero que se haya entendido mejor mi pregunta, saludos!

Si uno va a las ecuaciones completas de la gravedad según relatividad general, la curvatura del espacio-tiempo depende de todo el tensor de "energía-impulso", cuyo significado físico es similar a una versión generalizada ("tensoralizada") de la energía.

De hecho, eso no podría ser de otra forma. La masa puede desaparecer para convertirse en otros tipos de energía. Es lo que pasa en una reacción termonuclear, como las que ocurren en el sol. Si uno mira con detalle, dos átomos de hidrógeno se fusionan para formar uno de helio (y alguna cosa más, neutrinos, etc). Resulta que los dos átomos de hidrógeno por separado tienen más masa que el de helio. Así que en este proceso se pierde masa, liberando la energía correspondiente a $E = \Delta m\ c^2$), justamente la que calienta el sol y le hace brillar. Pues bien, si la gravitación dependiera únicamente de la masa, la perdida paulatina de masa del sol repercutiría en una disminución de la gravedad, lo que sacaría de órbita a todos los planetas.

De hecho, con razonamientos de este estilo se puede demostrar que si la gravedad dependiera sólo de la masa y no de la energía, entonces sería posible crear un móvil perpetuo, la cual cosa está fuertemente prohibida por la termodinámica.

[pablotrive]

Re: Masa de las ondas gravitacionales

Bien, eso ha quedado entendido, tu explicación ha sido brillante Pod, pero ha riesgo de resultar pesado, insisto con la misma pregunta que NO es acerca de que si la energía tiene masa, transcribo mi pregunta anterior:

una onda gravitatoria (una onda que como tal, debe tener energía) debería producir curvatura también no? Tengo entendido que la gravedad se propaga como una onda, con velocidad luz, estoy equivocado?

Espero que se haya entendido mejor mi pregunta, saludos!

[pod]

Re: Masa de las ondas gravitacionales

Bien, eso ha quedado entendido, tu explicación ha sido brillante Pod, pero ha riesgo de resultar pesado, insisto con la misma pregunta que NO es acerca de que si la energía tiene masa, transcribo mi pregunta anterior:

Eso también lo contesté. La respuesta es sí. Pero cualquier cuerpo celeste tendrá mucha más energía (debido a su masa), así que el campo gravitatorio de la onda apenas le afectará. Por contra, el campo del cuerpo celeste si afectará mucho a la onda, por lo que el efecto visible será un cambio de trayectoria en ésta.

En las ecucaciones de relatividad, el tensor de energía impulso recoge todo lo q tenga energía, tenga masa o no, incluyendo las ondas por igual.

[pablotrive]

Re: Masa de las ondas gravitacionales

Ahora si, completamente entendido, nuevamente gracias Pod !