Divulgación Dudas relatividad

[Rigel]

Hola, me gustaría que alguien me resolviese una duda sobre la gravedad de Einstein comparándola con la de Newton.
Bueno, la pregunta es la siguiente, Newton considera a la gravedad como una fuerza de atracción que se da entre los objetos con masa, de manera que hay gravedad entre cualquier tipo de objetos, como por ejemplo entre planetas, estrellas o incluso personas, por lo tanto el hecho de que las personas y todo lo que hay en la Tierra se encuentra pegado al suelo es por la gravedad ejercida por la Tierra a nosotros y la que nosotros ejercemos sobre la Tierra. Ahora bien, según Einstein, la gravedad no es una fuerza sino una distorsión o perturbación que se produce en el tejido del espacio por los objetos de gran masa, lo que produce las órbitas de los planetas y las estrellas. La duda que tengo es que como se explica por medio de la Teoría de la Relatividad General el hecho de que los objetos y las personas se mantegan en el suelo de la Tierra, ¿es porque nosotros también distorsionamos el suelo de la Tierra? Si Einstein dice que la gravedad no es una fuerza sino una propiedad del espacio, ¿qué es lo que nos atráe al centro de la Tierra? ¿Por qué seguimos con los pies en el suelo?

[niestsnie]

Re: Dudas relatividad

Hola Rigel

Existe una conocida imagen denominada a veces "el cajón de einstein" en la que un observador acelerado dentro de un cajón no es capaz de distinguir entre su estado y un estado de reposo en que actúa un campo gravitatorio uniforme. A esto, mas o menos, se le llama principio de equivalencia y supone que localmente un observador gravitatorio equivale a uno acelerado. Podemos plantear que un observador de pié sobre el suelo de la tierra equivale a uno acelerado (con aceleración -g) en el vacío y pisando el suelo del cajón. En este sistema acelerado existe una fuerza de inercia que tira del observador hacia el suelo y que es compensada por la fuerza normal de contacto con el suelo; fuerza esta última de origen electromagnético).
Por tanto seguimos con los pies en la tierra debido al principio de equivalencia. Dado que esto es un hecho fundamental muy básico de la relatividad general, en cierta forma se puede decir que la teoría no demuestra que seguimos con los pies en el suelo, sino que parte de este hecho.

Saludos.

[pod]

Re: Dudas relatividad

Pues la historia es la misma. La tierra deforma el espacio a su alrededor, y esa deformación altera la trayectoria de todas las cosas que hay por ahí. La consecuencia de esa alteración es "atraer", es decir, desviar las trayectorias de forma que tiendan a acercarse a la tierra. Nosotros no nos acercamos más a la tierra, por que la fuerza que hace el suelo sobre nosotros nos lo impide, claro.

En la teoría de Newton, cualquier cosa que haga que una masa no vaya en linea recta y velocidad constante se considera una fuerza (primer principio de Newton). Por eso, para él la gravedad es una fuerza más.

[Rigel]

Re: Dudas relatividad

Hola, muchas gracias a ambos por contestar, no se si os he entendido bien, porque no estoy muy acostumbrado a estudiar estos temas (sólo soy un simple licenciado en derecho, jeje).
Entoces, la explicación de porque seguimos con los pies en el suelo, se puede aclarar por medio de la aplicación de dos fuerzas diferentes.
Una el electromagnetismo que sería la responsable de que no atravesásemos el suelo y caigamos al centro de la Tierra, porque según tengo entendido los electrones del suelo y los electrones de nuestro cuerpo, se repelen lo que impide la mencionda caida.
Y dos sería el "Principio de Equivalencia" que sería el que impediría nos separásemos del suelo (no podemos volar), pero esta segunda fuerza no me queda del todo clara, me ha parecido entender por lecturas, que lo que implica el Principio de Equivalencia es que acelarciones y gravedad son la misma cosa pero con prespectivas diferentes, es decir que la gravedad genera acelariciones y que las aceleraciones generán también gravedades (no se si esto es correcto), de esta forma, entiendo que la única forma de explicar la gravedad de la Tierra sobre nosotros es porque existe una fuerza de atracción pero no sabemos al menos está como funciona (ya que la del espacio está explicada por la distorsión del tejido del espacio), porque Newton no dice nada sobre su funcionamiento y porque Einstein sólo explica la gravedad en el espacio.
Me gustaría saber si estais de acuerdo con lo que digo, y en general que no sabemos aún lo que es algo tan cotidiano como la gravedad.
Un saludo y gracias de nuevo.

[niestsnie]

Re: Dudas relatividad

Hola Rigel

No sé si te he entendido muy bién, pero yo lo veo así. En el caso del observador en el cajón, podemos imaginar que experimentando llega a la siguiente ley física: Para que cualquier objeto físico permanezca en reposo (o velocidad uniforme) hay que actuar sobré dicho cuerpo con una fuerza de valor determinado (mg).
Invocando el principio de equivalencia resulta que esto también es cierto para un observador en reposo en la superficie de la tierra. Por tanto sabemos la fuerza (electromagnética) que hay que aplicar para dejar en reposo un objeto que se mueve por efecto de la gravedad: F =m*g, donde m es la masa del cuerpo y g la intensidad del campo gravitatorio, valor este último que se puede calcular en la teoría de Newton o la de Einstein.

Dicho esto resulta que hay fenómenos físicos que parecen no seguir esta simetría entre gravedad y aceleración. En particular el caso de la emisión de radiación por una carga acelerada, conocida en la teoría electromagnética clásica. Para este caso, la simetría implica que un objeto cargado en reposo para el observador del cajón acelerado emite radiación y por tanto un objeto cargado en reposo sobre la superficie de la tierra emitiría radiación. Parece que esto no ocurre. En este sentido, salvo reconocer una simetría parcial, no se entiende completamente la gravedad.

Saludos.

[pod]

Re: Dudas relatividad

Entoces, la explicación de porque seguimos con los pies en el suelo, se puede aclarar por medio de la aplicación de dos fuerzas diferentes.

En relatividad, la gravitación no se manifiesta como una fuerza. Eso, es una limitación de la mecánica newtoniana, que sólo puede implementar las interacciones mediante fuerzas.

La forma más sencilla de visualizar la forma en que la gravedad funciona en relatividad es el ejemplo del colchón. Imagínate que tienes una canica encima del colchón, y te sientas a su lado. Al hundirse, la deformación del colchón hace que la canica se vaya hacia ti. Parece que la has atraído. Pero no, tú lo que has hecho es deformar el espacio a tu alrededor, y la deformación del espacio ha modificado la trayectoria de la canica.

La relatividad general funciona de una forma similar.

Y dos sería el "Principio de Equivalencia" que sería el que impediría nos separásemos del suelo (no podemos volar), pero esta segunda fuerza no me queda del todo clara, me ha parecido entender por lecturas, que lo que implica el Principio de Equivalencia es que acelarciones y gravedad son la misma cosa pero con prespectivas diferentes,

Lo que dice el principio de equivalencia es que si un observador está acelerado, sus observaciones sobre el resto de cosas del universo son equivalentes a las que haría un observador no acelerado en presencia de un campo gravitatorio uniforme.

Dicho de otra forma, si un observador ve que un cuerpo no va a velocidad constante, y no es capaz de distinguir ninguna fuerza causante de su aceleración, entonces no se puede distinguir si el causante es un campo gravitatorio uniforme, o una aceleración del observador.

En el caso de la tierra, el campo gravitatorio no es uniforme. Así que el principio de equivalencia no se puede invocar para explicar el fenómeno que preguntas.

es decir que la gravedad genera acelariciones y que las aceleraciones generán también gravedades (no se si esto es correcto),

Más que incorrecto, es una forma bastante torpe de decirlo.

porque Einstein sólo explica la gravedad en el espacio.

Esto es completamente incorrecto. La relatividad general explica el origen de la gravedad tal y como te hemos explicado.

y en general que no sabemos aún lo que es algo tan cotidiano como la gravedad.
Un saludo y gracias de nuevo.

Por supuesto que lo sabemos. Funciona como te he dicho más arriba.

Dicho esto resulta que hay fenómenos físicos que parecen no seguir esta simetría entre gravedad y aceleración. En particular el caso de la emisión de radiación por una carga acelerada, conocida en la teoría electromagnética clásica. Para este caso, la simetría implica que un objeto cargado en reposo para el observador del cajón acelerado emite radiación y por tanto un objeto cargado en reposo sobre la superficie de la tierra emitiría radiación. Parece que esto no ocurre. En este sentido, salvo reconocer una simetría parcial, no se entiende completamente la gravedad.

El electromagnetismo en relatividad general es perfectamente conocido. Una carga en caída libre no radia.

[Fedenet]

Re: Dudas relatividad

La forma más sencilla de visualizar la forma en que la gravedad funciona en relatividad es el ejemplo del colchón. Imagínate que tienes una canica encima del colchón, y te sientas a su lado. Al hundirse, la deformación del colchón hace que la canica se vaya hacia ti. Parece que la has atraído. Pero no, tú lo que has hecho es deformar el espacio a tu alrededor, y la deformación del espacio ha modificado la trayectoria de la canica.

La relatividad general funciona de una forma similar.

Nunca me gustó esa explicación.
Estás explicando la gravedad a través de la gravedad.

[pod]

Re: Dudas relatividad

Nunca me gustó esa explicación.
Estás explicando la gravedad a través de la gravedad.

Es lo que tiene hacer divulgación. Se tiene que recurrir a ejemplos y comparaciones que nunca son perfectos; porque si se pudiera entender totalmente de forma sencilla, nunca haríamos las teorías tan complicadas. Si yo pudiera decir $G_{\mu\nu} = \kappa T_{\mu\nu}$ y la gente lo entendiera, mucho mejor para mi. Pero no es así, hay que recurrir a similitudes con cosas que la gente ve todo el mundo para poder divulgar.

En este sentido, es un buen ejemplo para entender como la curvatura del espacio puede afectar a las partículas. Si sabes de otro mejor, soy todo oídos.