¿Por qué la velocidad de la gravedad es igual a C?

Hay algunas razones para esperar esto. Daré dos razones teóricas y dos razones experimentales.

La primera razón teórica es que simplemente esperamos que la gravedad “se vea igual” independientemente de las transformaciones relativistas (es decir, si hace sumas en un marco de descanso o un marco móvil en relación con usted). Para la luz en particular y el electromagnetismo en general, esto se logra haciendo que la luz vaya, bueno, a la velocidad de la luz. Ahora la gravedad debe tener cierta velocidad (de lo contrario, las señales gravitacionales irían más rápido que la luz, violando la causalidad). La forma más sencilla de organizar que la gravedad no cambie bajo la relatividad es hacer que funcione a la velocidad de la luz.

La segunda razón, un poco más avanzada, invoca también la mecánica cuántica. En la teoría del campo cuántico, las “fuerzas” son realmente interacciones mediadas por bosones portadores de fuerza. Los fotones no tienen masa en reposo, viajan a la velocidad de la luz y median un potencial de Coulomb (dando una ley de fuerza de cuadrado inverso); los bosones W y Z tienen grandes masas de descanso, viajan más despacio que la luz (ya que son masivos) y median un potencial Yukawa, que es mucho más corto. Pero la gravedad es una fuerza de largo alcance, como nos muestra la estructura del universo; su bosón portador de fuerza (el hipotético gravitón) debe, por lo tanto, no tener masa y viajar a la velocidad de la luz. Así, la gravedad también viaja a la velocidad de la luz.

Experimentalmente , la detección de radiación cósmica de muy alta energía obliga a la velocidad de la gravedad a estar muy cerca de la velocidad de la luz. Considere la barrera del sonido: cuando un jet vuela por el aire más rápido que la velocidad del sonido, se forma una onda de sonido detrás de él, y la energía requerida para formar esa onda de choque hace que el jet queme combustible adicional. Del mismo modo, si la gravedad fuera más lenta que la luz, una partícula que se mueve más rápido que la velocidad de la gravedad a través del espacio arrojaría energía en forma de ondas gravitacionales que se arrastran detrás de ella en la llamada “radiación gravitacional de Cerenkov”. Como tal, las partículas siempre deben llegar a la Tierra más lentamente que la velocidad de la gravedad.

¿Ellos? Resulta que hay un límite de velocidad / energía diferente llamado corte GZK, a aproximadamente 8J por partícula. (Un rayo cósmico que va más rápido que eso puede arrojar energía al reaccionar con un fotón CMB y convertirse brevemente en un barión de mayor masa – una “resonancia” – y luego escupir el exceso de energía en la descomposición de los piones). Para poner esto en perspectiva, un ladrillo a punto de estrellarse contra tu cara a dos metros por segundo tiene tanta energía cinética, excepto que un solo protón transporta tanta energía cinética . Esto corresponde a que se mueva a un factor gamma de Lorentz de aproximadamente 50 mil millones, o unos pocos picómetros por segundo más lento que la velocidad de la luz.

De hecho, observamos partículas que nos golpean a energías cercanas al límite de GZK. De hecho, hay un debate astrofísico activo sobre si hay observaciones suficientemente significativas por encima del límite de GZK que su teoría necesita ser ajustada. En cualquier caso, el límite también impone un límite inferior a la velocidad de la gravedad: dentro de unos pocos picómetros por segundo más lento que la luz.

La segunda evidencia experimental tiene que ver con las recientes detecciones de ondas gravitacionales de LIGO. En resumen, si la gravedad se mueve más lentamente que la luz, también esperaríamos que la velocidad de las ondas gravitacionales dependa de su frecuencia. Esto se llama dispersión y explica por qué la luz se divide en diferentes colores cuando se ralentiza, por ejemplo, al pasarla a través de un prisma: los diferentes colores de luz con sus diferentes frecuencias se ralentizan en diferentes cantidades y, por lo tanto, se doblan ángulos diferentes también.

Ahora, la clave es que las detecciones de LIGO fueron de fusiones de agujeros negros, que forman un “chirrido” que consta de muchas frecuencias diferentes en una sola señal en diferentes momentos. Además, LIGO ha detectado ondas gravitacionales con fuentes que son muy diferentes en sus distancias de nosotros. Si la gravedad fuera más lenta que la luz y las ondas gravitacionales sufrieran dispersión, entonces una señal de más lejos sufriría mucha más dispersión y sus componentes se extenderían más que una señal cercana (de la misma manera que la luz que pasa a través de un el prisma se dividirá más que después de pasar por un prisma delgado). En cambio, el equipo de LIGO descubrió que sus dos señales diferentes hasta ahora se ven esencialmente iguales, descartando cualquier dispersión a gran escala y, por lo tanto, limitando la velocidad de la gravedad para que sea casi (si no exactamente) la velocidad de la luz.

En las teorías clásicas de la gravitación, los cambios en un campo gravitacional se propagan. Un cambio en la distribución de energía y el momento de la materia da como resultado la posterior alteración, a distancia, del campo gravitacional que produce. En un sentido más físicamente correcto, la “velocidad de la gravedad” se refiere a la velocidad de una onda gravitacional, que es la misma velocidad que la velocidad de la luz ( c ).

La velocidad de las ondas gravitacionales en la teoría general de la relatividad es igual a la velocidad de la luz en el vacío, c . Dentro de la teoría de la relatividad especial, la constante c no se trata exclusivamente de la luz; en cambio, es la velocidad más alta posible para cualquier interacción en la naturaleza. Formalmente, c es un factor de conversión para cambiar la unidad de tiempo a la unidad de espacio. Esto la convierte en la única velocidad que no depende ni del movimiento de un observador ni de una fuente de luz y / o gravedad. Por lo tanto, la velocidad de la “luz” es también la velocidad de las ondas gravitacionales y cualquier otra partícula sin masa. Dichas partículas incluyen el gluón (portador de la fuerza fuerte), los fotones que forman la luz y los gravitones teóricos que componen las partículas de campo de gravedad asociadas (sin embargo, una teoría del gravitón requiere una teoría de la gravedad cuántica).

Fuente: Wikipedia

La velocidad de las ondas de gravedad es la misma que la velocidad de la causalidad, es decir, la velocidad más rápida que cualquier cosa puede hacer que suceda. Esto es lo mismo que la velocidad que las ondas electromagnéticas se propagan a través del vacío … por eso se le llama más comúnmente “velocidad de la luz”.

La gravedad solo se teoriza para viajar a esta velocidad como la suposición que hace que las matemáticas sean más fáciles de hacer sin dejar de ser consistente con la relatividad general.

Esto significaría que el gravitón, aún por confirmar, no tiene masa. Se proponen experimentos que pueden confirmar o refutar la existencia del gravitón y, si se confirma, pueden decirnos cuál es la masa real … en cuyo caso, la gravedad será más lenta que la luz y la relatividad general será incorrecta.

(nota: la velocidad de la luz en el vacío tradicionalmente recibe una minúscula “c”).

La gravedad realmente no tiene una “velocidad”, pero dado que nada observable se propaga más rápido que c, si tuviera una velocidad, probablemente no superaría este límite teórico. Si la gravedad se propaga a través de ondas gravitacionales, entonces se puede decir que tiene una velocidad igual a c . Si no se propaga a través de ondas, puede ser que los efectos gravitacionales sean instantáneos. No conozco ninguna experimentación real que pruebe esto, aunque hemos estado buscando ondas gravitacionales durante un poco más de un siglo.

C no es una velocidad. La luz es una tasa de propagación de ondas electromagnéticas. La gravedad es un fenómeno dipolo y es instantáneo. El Proyecto Thunderbolts ™