Divulgación Una duda sobre los fotones y la gravitación

[ignorante]

Hola amigos. Aquí estoy nuevamente con otra de mis dudas. Si entiendo bien, los fotones son partículas sin masa. Entonces mi duda es: si los fotones no tienen masa, ¿por qué son afectados por un campo gravitacional? De acuerdo con la relatividad general la luz (formada por fotones) es desviada por los campos gravitacionales ¿no? Muchas gracias por sus respuestas.

[[Beto]]

Re: Una duda sobre los fotones y la gravitación

Hola amigos. Aquí estoy nuevamente con otra de mis dudas. Si entiendo bien, los fotones son partículas sin masa. Entonces mi duda es: si los fotones no tienen masa, ¿por qué son afectados por un campo gravitacional? De acuerdo con la relatividad general la luz (formada por fotones) es desviada por los campos gravitacionales ¿no? Muchas gracias por sus respuestas.

Los cuerpos con gran masa deforman el espacio, por ello es normal que la luz al moverse en un espacio curvo no siga una línea recta.

[ignorante]

Re: Una duda sobre los fotones y la gravitación

Gracias N30F3B0, pero ¿entonces una partícula puede ser afectada por la curvatura del espacio-tiempo aunque no tenga masa? ¿No es precisamente la masa lo que genera la curvatura del espacio-tiempo?

[[Beto]]

Re: Una duda sobre los fotones y la gravitación

Gracias N30F3B0, pero ¿entonces una partícula puede ser afectada por la curvatura del espacio-tiempo aunque no tenga masa? ¿No es precisamente la masa lo que genera la curvatura del espacio-tiempo?

Pues, por ejemplo un rayo de luz se curva al pasar erca de un objeto de gran masa ... el que curva el espacio es ese objeto no el foton.

[Albert Einstein]

Re: Una duda sobre los fotones y la gravitación

Hola amigos. Aquí estoy nuevamente con otra de mis dudas. Si entiendo bien, los fotones son partículas sin masa. Entonces mi duda es: si los fotones no tienen masa, ¿por qué son afectados por un campo gravitacional? De acuerdo con la relatividad general la luz (formada por fotones) es desviada por los campos gravitacionales ¿no? Muchas gracias por sus respuestas.

Cuando se tiene un Espacio-Tiempo de Minkowsky localmente plano, osea una geometria carente de Materia, todas las particulas conocidas en el Modelo Estandar, carente de masa, como los fotones, o las que poseen materia, como la familia leptónica, se desplazaran sin ningun problema, y sin desviacion en su trayectoria. Sin embargo cuando colocamos materia en dicha geometria Espacio-Temporal, esta es pesturvada y deformada, por lo que las particulas no tendran trayectoria rectilineas, sinó, según esté deformado el Espacio-Tiempo.


Imaginate un tuvo largo y recto, cuando tiras una canica por su interior la canica se desplazará en linea recta sin ningun problema.





Ahora bien, cuando intentamos con un tubo deformado y doblado, la canica no se desplazará en linea recta, esta tendera por obligacion a desplazarse según la geometria del tubo.

Lo que quiero aclarar es que la Geometria Espacio-Temporal interactua con toda forma de "Particulas con Energias", como lo es el fotón, que es una particula carente de Masa, pero posee una energia E, dada por la famosa ecuacion de Max Plank, E=hf.

[chap]

Re: Una duda sobre los fotones y la gravitación

si los fotones no tienen masa, ¿por qué son afectados por un campo gravitacional?

Hola a todos. Para ignorante : Has formulado la pregunta con lenguaje adecuado, pues escribiste afectados y no atraidos. ¿Has leido el texto didáctico escrito por Einstein dedicado al ejemplo del ascensor que cae libremente? Ese texto no responde tu pregunta, pero exhibe la pista que conduce a sospechar que inercia y gravitación están relacionadas más íntimamente que lo supuesto en la física newtoniana. Intentemos traducir el ejemplo didáctico de Einstein a una versión con más protagonismo del lector. Para eso necesitaremos suponer que el movimiento inercial es necesariamente recto en un espacio sin campos y que cuando hay campos presentes el movimiento inercial está supeditado a lo que imponen los campos. Es decir supondremos que el movimiento inercial es sensible a los campos. ¿Y qué es movimiento inercial? Es el movimiento que ocurre cuando la fuerza neta aplicada al objeto es igual a cero, o si prefieres más asepsia, cuando no hay fuerza aplicada sobre el objeto. Si piensas como Newton supones que un tipo de interacción entre dos masas, denominado gravitación, causa una fuerza que curva la trayectoria de planetas alrededor del sol y, en general, de un objeto que pase cerca de otro. Si piensas como Einstein no supones interacción entre masas ni supones que aparezca una fuerza. Simplemente supones que donde hay masas presentes no puede faltar un tipo de campo denominado como te guste, pero campo al fin y al cabo. Provisoriamente denominémoslo campo X . Si X es un campo, entonces el movimiento inercial es sensible a X . Las trayectorias inerciales se curvan simplemente porque hay un campo X capaz de curvarlas. Si todo es sensible a X , es decir si nada puede sustraerse a lo que X impone, entonces X funciona como marco general para todos los acontecimientos. ¡Pero la física ya tiene un marco general para los acontecimientos y lo denomina espaciotiempo! Y no deseamos complicar la física postulando dos marcos generales que compitan por guiar los acontecimientos. La única manera de concebir a ese campo X es identificarlo con el espaciotiempo, es decir afirmar que X es simplemente el espaciotiempo. ¡Pero esto equivale a suponer que las masas moldean el espaciotiempo! Sí, equivale a eso pero es una hipótesis mucho menos complicada que postular dos marcos generales competidores. En la formulación de Einstein espaciotiempo y campo gravitatorio (nuestro campo X) son dos nombres para la misma entidad. Y la gravitación no funciona en base a fuerzas. Es decir no hay analogía entre la formulación einsteiniana y las leyes de fuerzas. En la formulación de Newton encuentras analogía con la ley de Coulomb. En la formulación de Einstein la ley de la inversa del cuadrado directamente no constituye un fundamento. Sí puede ocurrir que en algún caso particular, como el entorno inmediato de un planeta, las ecuaciones de Einstein tienen soluciones que aproximadamente varían con la inversa del cuadrado de la distancia. Pero es simplemente aproximación. No es algo fundamental.

Si la gravedad no requiere fuerzas, entonces no requiere que el objeto que te interesa (por ejemplo un fotón) tenga una masa capaz de interactuar con otra masa y suscitar una fuerza. El fotón se mueve inercialmente y, según supusimos por sugerencia de Einstein, el movimiento inercial es sensible a campos, incluido el campo X que denominamos gravitatorio e identificamos con el espaciotiempo. Es decir en la formulación de Einstein el espaciotiempo es marco general y a la vez es un campo cuyas propiedades cambian cada vez que ocurre un acontecimiento. Didácticamente podemos compararlo con una pantalla de cine cuya forma dependiese de la escena de la película en cada instante. La pantalla se curva, se arruga, se extiende, adopta conformaciones diversas que dependen de la escena instantánea. Seguramente nos resultaría muy difícil la comprensión de una película proyectada en esas condiciones, como resultan difíciles la comprensión de la formulación einsteiniana y los cálculos asociados con ella. Mi mejor saludo.

[ignorante]

Re: Una duda sobre los fotones y la gravitación

Muchas gracias N30F3B0, Einstein y chap por sus respuestas. Ya me queda claro que mi confusión surgía porque estaba pensando "a la Newton", suponiendo que la gravitación era una fuerza causada por las masas de los objetos que interactuaban. Como chap dice claramente, en la relatividad general de Einstein el concepto de fuerza gravitacional se hace innecesario y las interacciones entre los objetos dependen de las deformaciones del espacio-tiempo generadas por las masas que contiene. Sin embargo (para variar) tengo una nueva duda al respecto: la relatividad general suprime las fuerzas gravitacionales, pero ¿cómo interpreta los otros tipos de fuerzas, por ejemplo las fuerzas eléctricas y magnéticas? ¿Estas otras fuerzas también son reinterpretadas en función de la deformación del espacio-tiempo? Gracias otra vez por sus respuestas.

[alshain]

Re: Una duda sobre los fotones y la gravitación

Quizás conviene aclarar una pequeña pero importante diferencia entre el concepto de fuerza y el de interacción. Aunque muchas veces se usan con significados equivalentes en mi opinión conviene diferenciar de la siguiente forma. En el marco de la relatividad general se puede considerar que la gravedad no es una fuerza. Una fuerza es algo que provoca cambios en el estado de movimiento, de acuerdo con la segunda ley de Newton. En la relatividad general la gravedad no cambia el estado de movimiento de los cuerpos, sino que cambia el estado del espacio-tiempo para hacer que los cuerpos se muevan siempre libres a lo largo de geodésicas. La analogía usual para entender esto es imaginar el espacio-tiempo como una malla cuadriculada que es deformada por una gran bola. La gravitación es la deformación de la malla. Las bolitas pequeñas se mueven siempre a lo largo de líneas rectas en ella (a lo largo de las líneas de la cuadrícula), da igual si la malla está deformada o no. No obstante, la gravedad es una interacción. Una interacción es el acoplamiento entre dos campos o dos cuerpos, el efecto de uno en otro y alrevés. Existe un acoplamiento entre dos entidades físicas mesurables o dos campos: la materia con su energía y su momento, y el espacio-tiempo con su métrica.

Luego, otro concepto importante en la relatividad general es el de partícula test. Una partícula test es una de esas bolitas que se mueven por la malla deformada sin que con ello ella misma deforme la malla. Esta es una situación ideal ya que en principio toda partícula y toda forma de energía deforman el espacio-tiempo. Es decir, las geodésicas creadas por una masa central como el sol con una partícula test moviéndose a lo largo de ellas (situación ideal) son diferentes a las geodésicas creadas por una masa central como el sol con un fotón moviendose a lo largo de ellas. El primer caso consiste en resolver un problema de encontrar geodésicas en una configuración con un único cuerpo, mientras que en el segundo hay dos cuerpos, aun cuando para cualquier aplicación práctica el segundo sea despreciable frente al primero y el problema se reduzca al de un solo cuerpo.

Un saludo.

[chap]

Re: Una duda sobre los fotones y la gravitación

la relatividad general suprime las fuerzas gravitacionales, pero ¿cómo interpreta los otros tipos de fuerzas, por ejemplo las fuerzas eléctricas y magnéticas? ¿Estas otras fuerzas también son reinterpretadas en función de la deformación del espacio-tiempo?

Hola a todos. Para ignorante : Parece que 4 dimensiones no alcanzan para reinterpretar otros campos, como por ejemplo el campo EM. Pero cuando un método queda establecido las variantes pueden ser consideradas extensiones naturales del método. Theodor Kaluza y Walter Klein mostraron en el siglo veinte que con 5 dimensiones el método de Einstein abarca juntos a dos campos, que son el campo G y el campo EM. Independientemente del desarrollo matemático quie contiene, puedes descargar y leer el documento siguiente

http://forum.lawebdefisica.com/showt...a+Kaluza-Klein

pues conceptuelmente también es claro. Obviamente encontrarás más información de Kaluza-Klein buscando en internet. Notarás que formular todos los campos sin usar el concepto de fuerza es una necesidad propia del método de Einstein, sea cual fuere el número de dimensiones necesario para abarcar a todos. Las versiones más avanzadas ya van por 11 dimensiones (Supergravedad, Teoría de Cuerdas, son ejemplos) y con eso abarcan todos los campos y todas las interacciones que se conocen, incluyendo las interacciones nucleares. En el foro existen hilos referidos a todo eso y puedes llegar hasta ellos utilizando la búsqueda. Hay matemática pero no faltan los comentarios conceptuales. ¿Es el método de Einstein lo más simple y lo más efectivo que se puede concebir? Te dejo esta pregunta para que busques donde sea información y comentarios que permitan especular con respuestas posibles, pues noto que te gusta averiguar y pensar con profundidad. Mi mejor saludo.