2o ciclo Campo electromagnético y curvatura del espacio-tiempo

[Richard R Richard]

He seguido el hilo con atención y me intrigaron algunos comentarios, y quisiera me los aclaren en este hilo o en otro si creen que es necesario, lo abro.

El campo gravitatorio es explicado hoy como curvatura del espacio-tiempo relativista, es algo que le ocurre al espacio tiempo, digamos que se deforma, pero ¿el campo eléctrico es de naturaleza similar? ¿Es una propiedad del espacio-tiempo que hace que su estructura se deforme de alguna forma? Hoy los físicos creen que no, pero ...

Por un lado he leido que la luz se curva, en un espacio-tiempo curvo, la luz tiene su campo electrico y magnetico, asi que estos se curvan con la gravedad tambien o no?


Y si los campos E Y B tienen energia, estos forman parte del tensor Momento energia de la ecuacion de Einstein de RG osea que podrian deformar el espacio ( Quiza se necesite una cantidad muy grande de cargas o de corrientes para lograrlo, pero mis limitaciones de las magnitudes involucradas hacen que me pregunte si esto es real o no?)

El electromagnetismo, a diferencia de la gravitación, no produce ninguna distorsión del espacio-tiempo.

Dicen lo mismo, pero lo que argumente, sobre lo que he leido lo contradice, o que no comprendo todavía?

[visitante20160513]

Re: Medio de desplazamiento del fotón

Bien, hoy en día los físicos no tienen constancia de que el espacio tiempo se deforme como consecuencia de fenómenos eléctricos, aunque nada impide que puedan encontrarse algún día fenómenos que muestren algún tipo de interacción entre las cargas eléctricas y la estructura del espacio tiempo. Se me ocurre como ejemplo algún tipo de polarización (estoy imaginando). La relatividad es muy joven, tiene tan solo un siglo de vida, y eso es algo que podría ocurrir sin duda.

Salu2, Jabato.

[carroza]

Re: Medio de desplazamiento del fotón

Por un lado he leido que la luz se curva, en un espacio-tiempo curvo, la luz tiene su campo electrico y magnetico, asi que estos se curvan con la gravedad tambien o no?

Y si los campos E Y B tienen energia, estos forman parte del tensor Momento energia de la ecuacion de Einstein de RG osea que podrian deformar el espacio ( Quiza se necesite una cantidad muy grande de cargas o de corrientes para lograrlo, pero mis limitaciones de las magnitudes involucradas hacen que me pregunte si esto es real o no?)

Hola.

1. La luz se curva, como cualquier otra cosa, en un espacio tiempo curvo. Siendo más preciso, la luz sigue lo que para ella es una trayectoria recta, que es lo que llamamos geodésica. Lo que se curva es el espacio iempo.

2. Efectivamente, un campo electromagnético con una energía inmensa, produciría una distrorsion del espacio tiempo. A lo que me refiero es a que el electromagnetismo corresponde a variaciones del campo eletromagnético, en un espacio tiempo plano, o con curvatura fijada a priori por las masas y energías circundantes.
La gravitación corresponde a variaciones de la geometría del propio espacio tiempo.

Una onda electromagnética, en el vacío, con energía no demasiado grande, corresponde a variaciones del campo electromagnético deficido sobre un espacio-tiempo plano.

Una onda gravitaroria, en el vacío, con energía grande o pequeña corresponde a fluctuaciones del tensor métrico, o sea del propio espacio tiempo.



PS: Quizas seria una buena idea mover esto desde el #15 a otro hilo.

Saludos

[visitante20160513]

Re: Medio de desplazamiento del fotón

No sé si estoy demasiado de acuerdo con el punto 2.¿En base a qué fenómeno? Es la primera vez que oigo tal cosa. Los campos electromagnéticos, por muy intensos que sean, yo diría que no curvan el espacio tiempo.

Salu2, Jabato.

[Richard R Richard]

Re: Medio de desplazamiento del fotón

Mientras tanto espero que muevan el hilo.

Ya les comente que mis conocimientos de RG, son muy básicos, pero me parece que si la energía del campo magnético o eléctrico se computa en T como consecuencia, implicaría que el espacio se curvaría según las ecuaciones de Einstein. Y empece a buscar un ejemplo donde pueda hallarse el efecto.

He leído hace un tiempo un hilo sobre la caída libre de una partícula cargada, y ya no recuerdo la conclusión, pero mi intuición es que, una partícula u objeto cargado tiene menor o mayor masa según déficit o exceso de electrones, minimamente se modificara la curvatura que provoque.
De esto deriva que tampoco se cual seria la diferencia en las curvaturas que provoquen dos obejtos con la misma masa total. (Para poner un ejemplo si el peso de un neutrón es el mismo que el de 1836 electrones aprox., supongamos dos objetos que tengan la misma masa total pero uno tiene 1836 electrones demás por cada neutrón de menos que tenga con respecto al otro)

Por otro lado si logra polarizar otro objeto, el desplazamiento de los electrones en el interior de este, cambiara de posición el centro de masa, y nuevamente habrá efectos gravitatorios que serán distintos al de la misma partícula sin la polarización y aparte tenemos la fuerza de Lorentz y Coulomb creadas por el campo.

Me cuesta imaginar un ejemplo, donde la masa no interfiera, o donde la trayectoria no se deba a la Fuerza de Lorentz/Coulomb + la newtoniana (por aproximación) o sea que la resultante sea explicada por la suma de los Tensores de Einstein y el electromagnético juntos, y que todavía haya mas o menos curvatura en el espacio tiempo debida a la energía del campo electromagnético. No se si mi vocabulario es el correcto para expresar la idea de que el ejemplo a buscar debe reflejar una aceleración en la partícula u objeto que sea la suma de tres causas, la curvatura del espacio tiempo debido a la energía de las masas, la de aplicar la fuerza de Lorentz y a una curvatura debida a la energía del campo electromagnético.

Estoy imaginando un ejemplo de un objeto ideal "una estrella compuesta solo de electrones”, que daría una curvatura por su propia masa, mas un gran campo eléctrico, de allí, lo que estoy preguntando es si esta energía del campo eléctrico se incluiría en T o no. O sea si la trayectoria de un objeto que se mueva cerca de ella, será la suma de la acción equivalente a la masa de la estrella, incluyendo la radiación por la temperatura que pudiese alcanzar , mas la provocada por fuerza de Lorentz que dependerá del material y la forma del objeto. En ese caso si hay una desviación de la trayectoria esperada esta se debería a la curvatura creada por la energía del campo eléctrico.

¿Me he salido de pista o se entiende?
Saludos

[visitante20160513]

Re: Medio de desplazamiento del fotón

Mas o menos se entiende, pero lo que quiero indicar es que no existe prueba, al menos que yo sepa, de tal cosa. La teoría no contempla que densidades muy grandes de carga o corriente puedan modificar el campo gravitatorio y por lo tanto modificar la curvatura del espacio tiempo, y tampoco se conocen fenómenos que puedan interpretarse de acuerdo a esa hipótesis, por lo tanto la respuesta a tu pregunta, dentro de la ortodoxia, es no. Podemos imaginar todo lo que quieras pero tan solo como un juego. Una cosa es que ambos fenómenos aporten energía a una hipotética partícula con masa y carga y otra muy distinta es afirmar que la masa y la carga interfieren entre sí. Disculpa pero hasta la fecha eso no es así.

Salu2, Jabato.

- - - Actualizado - - -

Supongamos una determinada distribución de cargas y corrientes, que genera una cierta densidad espacial de energía electromagnética. Si la distribución de las fuentes del campo es variable con el tiempo aparecerá en cada punto del espacio un determinado flujo de energía, y cuando ese flujo es no estacionario se produce transvase de energía de unas regiones a otras del espacio. En esencia lo que ocurre es que se produce radiación electromagnética, que es precisamente la forma en que se mueve dicha energía. Traducido al lenguaje del fotón, eso es lo que hace que los fotones se muevan, que no es más que una forma de expresar que la energía electromagnética se traslade, es decir fluya. Es posible demostrar mediante las ecuaciones de Maxwell, que dicho transvase de energía satisface siempre la ecuación de propagación de las ondas electromagnéticas, y eso es todo lo que ocurre en el movimiento de los fotones. ¿Hace falta un soporte para que los fotones puedan moverse? Evidentemente no si el campo electromagnético tampoco lo necesita, y la teoría es clara al respecto. El campo electromagnético se sustenta en lo que denominamos vacío y por lo tanto los fotones se mueven en él libremente.

Salu2, Jabato.

[carroza]

Re: Medio de desplazamiento del fotón

No sé si estoy demasiado de acuerdo con el punto 2.¿En base a qué fenómeno? Es la primera vez que oigo tal cosa. Los campos electromagnéticos, por muy intensos que sean, yo diría que no curvan el espacio tiempo.

Hola.

Las ecuaciones de Einstein de la relatividad general dicen, básicamente, que el tensor de Riemann, que da la curvatura de espacio tiempo, es proporcional al tensor densidad de energía-impulso. Las ecuaciones de Einstein no dicen que la energía tenga que ser de un tipo o de otro.

Por tanto, cualquier cosa que tenga energía (incluido el campo electromagnetico), curva el espacio tiempo. El campo electromagnético, en el vacío, tiene una densidad de energía que es, salvo constantes $\rho = \vec E^2 + \vec B^2$. Por tanto, curva el espacio tiempo, aunque los valores del campo eléctrico y magnético deberían ser abismalmente grandes, para que esa curvatura fuera comparable a la que produce la materia normal.

Saludos

[visitante20160513]

Re: Medio de desplazamiento del fotón

Pues me parece que discrepo, aunque voy a consultar mis notas para evitar decir cosas poco documentadas.

Salu2, Jabato.

[guibix]

Re: Medio de desplazamiento del fotón

Pues me parece que discrepo, aunque voy a consultar mis notas para evitar decir cosas poco documentadas.

Yo estoy de cuerdo con carroza, lo que pasa es que la curvatura espacio-temporal que puede producir un campo electromagnético provoca una fuerza gravitacional, no electromagnética.

Otra cosa es que existen teorías donde dimensiones espaciales adicionales (con geometrías compactificadas) se deforman para crear el campo electromagnético. Pero solo ocurre en teorías no confirmadas experimentalmente.

Pero en todo caso el espacio-tiempo que conocemos solo se deforma en presencia de campos electromagnéticos como campo gravitatorio. Si el campo electromagnético fuera una deformación más como la gravedad, entonces todo (incluso las cargas neutras y/o la luz) sería afectado por tal deformación. Y eso no es lo que parece ocurrir.

La curvatura espacio-temporal de la Relatividad General implica que todo gravita con todo, esto es lo que parece ocurrir experimentalmente. Por contra el electromagnetismo no funciona así y lo sabemos experimentalmente: no todo interacciona electromagnéticamente con todo.

[visitante20160513]

Re: Campo electromagnético y curvatura del espacio-tiempo

Si los campos electromagnéticos fueran capaces de curvar el espacio tiempo, generando campos gravitatorios, entonces la carga y la masa interactuarían, y eso no es lo que enseña la física. Creo que no habéis captado ni la esencia del electromagnetismo ni la esencia de la relatividad, el tensor relativista que mide la curvatura del espacio tiempo depende de la densidad de energía gravitatoria, y las cargas eléctricas, que se sepa, no interactúan con la masa de otras partículas. Me dejáis bastante preocupado, la verdad.

Salu2, Jabato.

[guibix]

Re: Campo electromagnético y curvatura del espacio-tiempo

el tensor relativista que mide la curvatura del espacio tiempo depende de la densidad de energía gravitatoria

No exactamente, la curvatura depende de la densidad de energía a secas. La densidad de cualquier tipo de energía deforma el espacio-tiempo. Lo que ocurre es que la energía almacenada en un campo electromagnético es despreciable con respecto a la densidad de energía de la masa y no se tiene en cuenta gravitacionalmente hablando. Pero no significa que no exista su contribución. Lo mismo ocurre con la densidad de energía por temperatura o presión que en condiciones no extremas es despreciables a efectos de la gravedad.

[Richard R Richard]

Re: Campo electromagnético y curvatura del espacio-tiempo

Las ecuaciones de Einstein de la relatividad general dicen, básicamente, que el tensor de Riemann, que da la curvatura de espacio tiempo, es proporcional al tensor densidad de energía-impulso. Las ecuaciones de Einstein no dicen que la energía tenga que ser de un tipo o de otro.....

aunque los valores del campo eléctrico y magnético deberían ser abismalmente grandes, para que esa curvatura fuera comparable a la que produce la materia normal.

la curvatura espacio-temporal que puede producir un campo electromagnético provoca una fuerza gravitacional, no electromagnética....

Pero no significa que no exista su contribución. Lo mismo ocurre con la densidad de energía por temperatura o presión que en condiciones no extremas es despreciables a efectos de la gravedad.

Una cosa es que ambos fenómenos aporten energía a una hipotética partícula con masa y carga y otra muy distinta es afirmar que la masa y la carga interfieren entre sí....

Si los campos electromagnéticos fueran capaces de curvar el espacio tiempo, generando campos gravitatorios, entonces la carga y la masa interactuarían,

Entiendo las posiciones encontradas, sobre los limites de las teorias,

se podra entonces separar todos los aspectos de la misma cosa,

1)Un objeto tiene masa y energia mecanica, que curvarian el espacio tiempo,

2)a la vez carga , le daria posibilidad de la interactuar con otras cargas, y campos electromagneticos y a la vez provoca variacion casi despreciable de masa del objeto (por lo poco que tiene de masa el electron).

3) Y la acumulacion de carga provocaria un aumento de energia electromagnetica en la particula que sumaria la energia total del objeto, entonces este aumento de energia daria origen a mayor curvatura del espacio tiempo, o sea solo gravedad, (pues el efecto electromagnetico lo considere en 2).

Como bien dicen de esta tercera parte que hasta hoy no hay pruebas ni experimentos para determinar o no la certeza,
entonces "si fuera cierto" habria discrepancia aunque infima en la relacion entre T sin la energia del campo electromagnetico y R de la formula de Einstein de la RG,
lo que alguna vez se podra determinar experimentelmente.

Gracias por los aportes

[carroza]

Re: Campo electromagnético y curvatura del espacio-tiempo

3) Y la acumulacion de carga provocaria un aumento de energia electromagnetica en la particula que sumaria la energia total del objeto, entonces este aumento de energia daria origen a mayor curvatura del espacio tiempo, o sea solo gravedad, (pues el efecto electromagnetico lo considere en 2).

Como bien dicen de esta tercera parte que hasta hoy no hay pruebas ni experimentos para determinar o no la certeza,
entonces "si fuera cierto" habria discrepancia aunque infima en la relacion entre T sin la energia del campo electromagnetico y R de la formula de Einstein de la RG,
lo que alguna vez se podra determinar experimentelmente.

Hola. Creo que sí puedo darte evidencias de (3).

En un núcleo atómico típico, unos 3 MeV por nucleón se deben a energía electrostática, debido a la repulsión entre los protones. Esto contribuye un 3 por mil de la masa del núcleo, variable según el núcleo tenga mayor o menor cantidad de protones y neutrones.

Si ese tres por mil no sintiera la atracción gravitatoria, entonces no se cumpliría la equivalencia entre masa inercial y masa gravitaroria. Satélites con distinta composición de elementos describirían diferentes trayectorias, cosa que no ocurre.

Un saludo

[natanael]

Re: Medio de desplazamiento del fotón

Bien, hoy en día los físicos no tienen constancia de que el espacio tiempo se deforme como consecuencia de fenómenos eléctricos

Pero si puede deducirse:

Y de esto también puede deducirse que gracias a la fotosíntesis de las plantas y/o la absorción de calor por parte de la atmósfera (calentamiento global) la tierra gana parte de la masa (se vuelve más pesada) que se reduce en el sol.

Esta "radiación de masa" o de "curvatura" se dá porque al igual que en un medio contínuo, el espacio-tiempo es un contínuo "elástico" donde las "ondas de información" viajan a una velocidad constante. Esto quiere decir que si una zona pierde curvatura espacio-temporal (sol) y otra la gana (la tierra), es de suponerse que como es un proceso contínuo, entonces existen zonas del espacio intermediario/intermedio donde existan estas porciones de curvatura=masa=energía que todavia no han llegado a la tierra.

¿En base a qué fenómeno? Es la primera vez que oigo tal cosa. Los campos electromagnéticos, por muy intensos que sean, yo diría que no curvan el espacio tiempo.

En resumidas cuentas, todas las teorias existentes precisan de dos elementos básicos: un espacio (coordenadas) y unos elementos o entidades físicas (a las cuales las coordenadas hacen referencia) con ciertas propiedades que a la final terminan siendo intrínsecas.

Ten esto presente de ahora en adelante, ya que tu tienes toda la razón si cambias:

¿En base a qué fenómeno? Es la primera vez que oigo tal cosa. Los campos electromagnéticos, por muy intensos que sean, yo diría que no curvan el espacio tiempo.

por:

¿En base a qué fenómeno? Es la primera vez que oigo tal cosa. En electromagnetismo, Los campos electromagnéticos, por muy intensos que sean, yo diría que no curvan el espacio tiempo.

Las ideas de que la entidad "campo electromagnético" curve al espacio tiempo (y me atrevería a decir que tambien sea una curvatura del espacio-tiempo con torsión) pertenecen a ideas que podríamos extraer de una teoria superior a la de maxwell o la RG, algo así como una teoría de gravedad cuántica.

No tengo ideas específicas sobre alguna teoría cuántica de la gravitación, pero seguro que en la descripción de un fotón (desde su emisión hasta su absorción) basada en una teoría de éstas (la cosa que une las coordenadas con sus entidades "físicas"), el fotón no sólo debería tener masa debida a su energía, sino que también debería poder interactuar/modificar (ser fuente y/o sumidero de ondas gravitacionales) el espacio-tiempo.

A lo mucho, la RG tal cual como está, sólo podría considerar la energía de los campos electromagnéticos para luego obtener un espacio-tiempo solución en las ecuaciones de einstein. En este espacio-tiempo solución se escapa el proceso de ganar/perder masa debida a la radiación.

Se sabe que sucede, pero no se puede describir ni con la teoria de maxwel ni con relatividad general ya que ambas son opuestas respecto del uso y función de sus respectivos espacio-tiempo + entidades físicas.

A lo mucho puede funcionar con una combinación de relatividad espacial + cuantica (una cuantica de campos) en un espacio plano.

Una onda electromagnética, en el vacío, con energía no demasiado grande, corresponde a variaciones del campo electromagnético deficido sobre un espacio-tiempo plano.

Una onda gravitaroria, en el vacío, con energía grande o pequeña corresponde a fluctuaciones del tensor métrico, o sea del propio espacio tiempo.

El primer párrafo de esta selección me parece muy natural del electromagnetismo de maxwel, y en este contexto me uno a la ortodoxia de Jabato, es decir, no hace falta que supongas que la energía tiene que ser "no demasiado grande"; sea cual sea el tamaño siempre estará definida sobre una 4-variedad plana.

En el segundo párrafo pareces indicar que algo "extrafísico"... algo que no es función del tensor métrico actúa sobre el tensor métrico. Esto es pseudociencia, ya que tengo entendido que el tensor métrico es función del contenido material/energético del espacio-tiempo.

Digamos que te refieres a que la solución "ondas gravitacionales" se obtiene como una perturbación de la métrica de un espacio-tiempo plano. En este caso esa pertubación es como una especie de "condición incial" que modifica la métrica de un espacio-tiempo inical. Sin embargo, esa pertubación (introducida por la "mano del hombre") debe tener su origen en algún hecho material el cual es descrito en la métrica de la solución espacio-temporal final.

Es decir, un tensor métrico no puede fluctuar si no se introduce una perturbación a una métrica de cierto espacio-tiempo inicial. Luego, esta perturbación dá origen a nuevos fenómemos que no estaban presente en el espacio-tiempo inical, ergo no puede inferirse que el espacio-tiempo inicial fluctue porque la solución final contempla la descripción del origen de dicha pertubación.

Digamos que pasamos a entender la fluctuación de la métrica como un hecho independiente de su contenido material. Entonces esto es imposible de imaginar sin una coordenada extra de naturaleza temporal totalmente independiente de la otra 4-variedad espacio-tiempo.

[visitante20160513]

Re: Campo electromagnético y curvatura del espacio-tiempo

Entonces de qué lado estás, ¿la carga eléctrica modifica la curvatura del espacio tiempo relativista si o no? Mi posición es que no, desde luego, al menos no de forma directa. Es decir ¿una carga en reposo situada en un punto del espacio tiempo relativista modifica la curvatura del espacio tiempo por el mero hecho de estar ahí? Tengo que decir que no. Y sin embargo su campo eléctrico presenta una cierta densidad de energía espacial cuya expresión todo el mundo conoce. ¿Afecta esa energía a la curvatura del espacio tiempo? Pues evidentemente no, salvo que yo ande más despistado que un pulpo en el parlamento. Luego la carga y la energía que almacena su campo eléctrico no modifican la curvatura del espacio tiempo relativista.

Entonces, si he de suponer que efectivamente, que sí lo hiciera, sería en otras condiciones, no en reposo, ¿en cuales? ¿Cuando la carga está en movimiento? ¿cuando es acompañada por una cierta cantidad de masa en forma de partícula? Disculpadme pero esto no me entra ni vivo ni muerto.

Salu2, Jabato.