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La gravedad, en el marco de la Teoría General de la Relatividad, es descripta como una curvatura del espacio-tiempo producida por la distribución de las masas, o sea que es, de alguna manera, de naturaleza geométrica. Esta descripción explica el comportamiento de los fenómenos gravitatorios, pero cuál es la naturaleza de esta curvatura, qué la provoca y por qué.
Queda comprobado, según las demostraciones teóricas y bajo el aspecto descriptivo, el principio de equivalencia (mi=mg), o sea que la masa inercial es equivalente a la masa gravitatoria, y por lo tanto, que la inercia se comporta igual que la gravedad y viceversa.
La teoría indica, en términos generales, por ejemplo, en el marco de mecánica clásica, hablamos de campos gravitatorios, o sea fuerzas gravitatorias, en mecánica relativista se describe a través de una propiedad geométrica del espacio y en mecánica cuántica se habla de gravitones, o sea de partículas portadoras de la energía gravitatoria.
La gravedad:
Mecánica clásica ---> Fuerza
Relatividad General ----> Curvatura del espacio-tiempo
Mecánica cuántica ---> Partícula portadora
En el caso de la física relativista, la gravedad debería propagarse como una onda, con una velocidad determinada claro, y que no supere la velocidad de la luz, problema con el que se topo Einstein al momento de explicar este fenómeno que, a diferencia de la explicación de Newton, no se producía como un efecto instantáneo a distancia, lo cual requeriría una velocidad infinita para dicha onda.
La Relatividad Especial propone que nada puede desplazarse más rápido que la luz en el vacío, por lo tanto, las ondas gravitatorias tampoco.
Para la mecánica cuántica, los gravitones tampoco podrían desplazarse a velocidades superiores a la de la luz. Su partícula portadora "el gravitón" (aún no descubierto experimentalmente) interactuaría con el resto de las partículas llevando la información “gravitatoria” entre las partículas en todo momento a lo largo del espacio en paquetes que no superarían nunca la velocidad de la luz.
¿Cuál es el porque de la curvatura del espacio?
Gravedad inercial – Inercia hiperdimensional
La TGR describe no solo como funciona la fuerza de gravedad, si no a que se debe la misma, que la produce. Describe la idea de que la curvatura del espacio-tiempo explica el mecanismo recíproco de masas-curvatura, la curvatura le dice a la masa como distribuirse y la masa le dice al espacio-tiempo como curvarse. Pero, a que se debe la curvatura?
La inercia, una de las fuerzas que debería ser de las más conocidas de la naturaleza, por lo cotidiano de su interacción con nuestros sentidos, resulta no ser tan conocida, por lo menos, en profundidad.
La definición “de libro” de la inercia reza asi: la inercia es la propiedad que tienen los cuerpos de permanecer en su estado de movimiento, mientras no se aplique sobre ellos alguna fuerza. Como consecuencia, un cuerpo conserva su estado de reposo o movimiento uniforme si no hay una fuerza actuando sobre él.
Esta definición nuevamente nos deja una duda puntual, que es la inercia?
Un fenómeno inercial es el de la aceleración, que de acuerdo a su formula newtonia nos dice que es la variación de velocidad sobre la variación de tiempo, a su vez sabemos que obtenemos la velocidad de un objeto calculando la distancia sobre el tiempo.
La física entonces nos sugiere que la inercia no es una fuerza en si, sino que es un estado de energía no aplicada que se manifiesta como fuerza de resistencia al cambio cuando se pretende acelerar/desacelerar un cuerpo en cuestión, determinando a su vez su masa.
Un ejemplo simple para visualizar de manera intuitiva por qué las masas producen la curvatura del espacio-tiempo (gravedad), es con el ejemplo del globo y las monedas.
Imaginemos un globo que es inflado de forma acelerada, sobre la superficie de ese globo se encuentran pegadas monedas, si el proceso se pudiera observar en cámara lenta, se podría observar que al inflarse dicho globo de manera acelerada, la superficie del mismo es deformada por la resistencia que generan las monedas sobre esta, generando una curva en dirección al centro del globo.
Ahora bien, en analogía con este ejemplo, pensando en un Universo de cuatro dimensiones espaciales en expansión acelerada (glomo) todas las masas que lo conforman (las monedas del ejemplo anterior), las cuales por la propia aceleración de éste provocan en la "superficie" donde reposan una curvatura del espacio (hipersuperficie del glomo).
La teoría general de la relatividad demuestra en su principio de equivalencia, que la masa inercial es equivalente a la masa gravitatoria (mi=mg). En el ejemplo del ascensor, cada observador interno es incapaz de discriminar si la fuerza que actúa dentro pertenece a un campo gravitatorio o a un movimiento uniforme acelerado.
Supongamos un espacio que no tiene solo tres dimensiones espaciales sino por lo menos cuatro, las posiciones y las fuerzas estarían determinadas por cuatro ejes coordenados (x,y,z,w).
Las masas, al ser sometidas a algún tipo de movimiento acelerado, sufren los efectos inerciales a lo largo de los tres primeros ejes (x,y,z). Si pensamos este espacio tridimiensional como una hipersuperficie sobre la que reposan todas las masas y lo aceleramos sobre un eje que sea perpendicular a los tres ejes conocidos (el eje w), tendríamos un efecto inercial exactamente igual al de la gravedad. Dicho de otra forma, la gravedad sería la consecuencia de un efecto inercial sobre el eje (w).
Nuestra realidad geométrica del Universo supondría de que la parte del Universo donde nos podemos mover es una hipersuperficie curva, la superficie de una esfera (en este caso una esfera-3) que está en expansión acelerada.
Todas las masas del universo reposarían sobre esa hipersuperficie, la cual esta definida sobre los tres ejes coordenados (x,y,z). La fuerza de expansión de éste Universo acelerado (similar a un globo que se infla cada vez mas rápido) se manifiestaría sobre el eje (w). Las masas que reposan sobre la hipersuperfice de este “glomo” por efecto inercial provocan una depresión en la misma o curvatura del espacio. La fuerza gravitatoria, bajo esta descripción, corresponde a la acción de la inercia tetradimensional de las masas, o sea, resistencia de las masas al cambio de energía del vector (w) sobre el cual se expande nuestro “glomo”.
El principio de equivalencia de la TGR nos dice que la gravedad se comporta como inercia y viceversa, pero, visto de ésta manera, podemos deducir que la gravedad ES inercia pero sobre otro eje espacial, el eje (w).
Podríamos resumir este concepto diciendo que todo cuerpo en el espacio esta acelerando constantemente hacia todos los puntos x,y,z del espacio tridimensional de manera simultánea.
La teoría de la relatividad general registra este fenómeno pero no lo interpreta.
Visto de ésta manera, el Universo tiene que estar expandiéndose con una aceleración constante.
Este tipo de Universo coincide con las observaciones de Hubble, donde encontramos galaxias enteras moviéndose a velocidades mucho mayores a la velocidad de la luz, debido a la separación isotrópica de las coordenadas espaciales del glomo (esfera – 3) en expansión.
Queda comprobado, según las demostraciones teóricas y bajo el aspecto descriptivo, el principio de equivalencia (mi=mg), o sea que la masa inercial es equivalente a la masa gravitatoria, y por lo tanto, que la inercia se comporta igual que la gravedad y viceversa.
La teoría indica, en términos generales, por ejemplo, en el marco de mecánica clásica, hablamos de campos gravitatorios, o sea fuerzas gravitatorias, en mecánica relativista se describe a través de una propiedad geométrica del espacio y en mecánica cuántica se habla de gravitones, o sea de partículas portadoras de la energía gravitatoria.
La gravedad:
Mecánica clásica ---> Fuerza
Relatividad General ----> Curvatura del espacio-tiempo
Mecánica cuántica ---> Partícula portadora
En el caso de la física relativista, la gravedad debería propagarse como una onda, con una velocidad determinada claro, y que no supere la velocidad de la luz, problema con el que se topo Einstein al momento de explicar este fenómeno que, a diferencia de la explicación de Newton, no se producía como un efecto instantáneo a distancia, lo cual requeriría una velocidad infinita para dicha onda.
La Relatividad Especial propone que nada puede desplazarse más rápido que la luz en el vacío, por lo tanto, las ondas gravitatorias tampoco.
Para la mecánica cuántica, los gravitones tampoco podrían desplazarse a velocidades superiores a la de la luz. Su partícula portadora "el gravitón" (aún no descubierto experimentalmente) interactuaría con el resto de las partículas llevando la información “gravitatoria” entre las partículas en todo momento a lo largo del espacio en paquetes que no superarían nunca la velocidad de la luz.
¿Cuál es el porque de la curvatura del espacio?
Gravedad inercial – Inercia hiperdimensional
La TGR describe no solo como funciona la fuerza de gravedad, si no a que se debe la misma, que la produce. Describe la idea de que la curvatura del espacio-tiempo explica el mecanismo recíproco de masas-curvatura, la curvatura le dice a la masa como distribuirse y la masa le dice al espacio-tiempo como curvarse. Pero, a que se debe la curvatura?
La inercia, una de las fuerzas que debería ser de las más conocidas de la naturaleza, por lo cotidiano de su interacción con nuestros sentidos, resulta no ser tan conocida, por lo menos, en profundidad.
La definición “de libro” de la inercia reza asi: la inercia es la propiedad que tienen los cuerpos de permanecer en su estado de movimiento, mientras no se aplique sobre ellos alguna fuerza. Como consecuencia, un cuerpo conserva su estado de reposo o movimiento uniforme si no hay una fuerza actuando sobre él.
Esta definición nuevamente nos deja una duda puntual, que es la inercia?
Un fenómeno inercial es el de la aceleración, que de acuerdo a su formula newtonia nos dice que es la variación de velocidad sobre la variación de tiempo, a su vez sabemos que obtenemos la velocidad de un objeto calculando la distancia sobre el tiempo.
La física entonces nos sugiere que la inercia no es una fuerza en si, sino que es un estado de energía no aplicada que se manifiesta como fuerza de resistencia al cambio cuando se pretende acelerar/desacelerar un cuerpo en cuestión, determinando a su vez su masa.
Un ejemplo simple para visualizar de manera intuitiva por qué las masas producen la curvatura del espacio-tiempo (gravedad), es con el ejemplo del globo y las monedas.
Imaginemos un globo que es inflado de forma acelerada, sobre la superficie de ese globo se encuentran pegadas monedas, si el proceso se pudiera observar en cámara lenta, se podría observar que al inflarse dicho globo de manera acelerada, la superficie del mismo es deformada por la resistencia que generan las monedas sobre esta, generando una curva en dirección al centro del globo.
Ahora bien, en analogía con este ejemplo, pensando en un Universo de cuatro dimensiones espaciales en expansión acelerada (glomo) todas las masas que lo conforman (las monedas del ejemplo anterior), las cuales por la propia aceleración de éste provocan en la "superficie" donde reposan una curvatura del espacio (hipersuperficie del glomo).
La teoría general de la relatividad demuestra en su principio de equivalencia, que la masa inercial es equivalente a la masa gravitatoria (mi=mg). En el ejemplo del ascensor, cada observador interno es incapaz de discriminar si la fuerza que actúa dentro pertenece a un campo gravitatorio o a un movimiento uniforme acelerado.
Supongamos un espacio que no tiene solo tres dimensiones espaciales sino por lo menos cuatro, las posiciones y las fuerzas estarían determinadas por cuatro ejes coordenados (x,y,z,w).
Las masas, al ser sometidas a algún tipo de movimiento acelerado, sufren los efectos inerciales a lo largo de los tres primeros ejes (x,y,z). Si pensamos este espacio tridimiensional como una hipersuperficie sobre la que reposan todas las masas y lo aceleramos sobre un eje que sea perpendicular a los tres ejes conocidos (el eje w), tendríamos un efecto inercial exactamente igual al de la gravedad. Dicho de otra forma, la gravedad sería la consecuencia de un efecto inercial sobre el eje (w).
Nuestra realidad geométrica del Universo supondría de que la parte del Universo donde nos podemos mover es una hipersuperficie curva, la superficie de una esfera (en este caso una esfera-3) que está en expansión acelerada.
Todas las masas del universo reposarían sobre esa hipersuperficie, la cual esta definida sobre los tres ejes coordenados (x,y,z). La fuerza de expansión de éste Universo acelerado (similar a un globo que se infla cada vez mas rápido) se manifiestaría sobre el eje (w). Las masas que reposan sobre la hipersuperfice de este “glomo” por efecto inercial provocan una depresión en la misma o curvatura del espacio. La fuerza gravitatoria, bajo esta descripción, corresponde a la acción de la inercia tetradimensional de las masas, o sea, resistencia de las masas al cambio de energía del vector (w) sobre el cual se expande nuestro “glomo”.
El principio de equivalencia de la TGR nos dice que la gravedad se comporta como inercia y viceversa, pero, visto de ésta manera, podemos deducir que la gravedad ES inercia pero sobre otro eje espacial, el eje (w).
Podríamos resumir este concepto diciendo que todo cuerpo en el espacio esta acelerando constantemente hacia todos los puntos x,y,z del espacio tridimensional de manera simultánea.
La teoría de la relatividad general registra este fenómeno pero no lo interpreta.
Visto de ésta manera, el Universo tiene que estar expandiéndose con una aceleración constante.
Este tipo de Universo coincide con las observaciones de Hubble, donde encontramos galaxias enteras moviéndose a velocidades mucho mayores a la velocidad de la luz, debido a la separación isotrópica de las coordenadas espaciales del glomo (esfera – 3) en expansión.
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