Si la luz no tiene masa, ¿cómo puede la gravedad doblarla?

Según la teoría de la relatividad general de Einstein, la luz se verá afectada de la misma manera que la gravedad afecta a la materia. Esto se debe a que bajo esta teoría, deberíamos pensar en la gravedad no en términos de fuerzas similares a los vectores, sino como consecuencia de la “forma” del universo.

Desde el punto de vista de Newton, la gravedad era una fuerza dirigida linealmente con la cual todos los objetos con masa tiraban de todos los demás objetos con masa. Su análisis mostró que la fuerza de la fuerza era proporcional al producto de las dos masas que se atraían entre sí, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellas. Así, una manzana y la tierra se tirarían la una hacia la otra, y la manzana “cae” del árbol. Dado que la luz (ya sea percibida como un rayo o un fotón) no tiene masa, la ecuación de Newton predice que no será atraída por la gravedad hacia nada, no importa cuán masiva sea

Para construir un marco teórico que fuera consistente para todos los observadores y que no dependiera de un marco de referencia fijo independiente, Einstein tuvo que descartar esta percepción de cómo funciona la gravedad e idear una nueva comprensión. Según esta teoría, todos los objetos con masa alteran la curvatura del espacio-tiempo, el tejido de 4 dimensiones del universo. Los objetos que se mueven a través del espacio-tiempo simplemente siguen las curvas que se han creado.

Dado que los cerebros humanos no son buenos para representar cosas en 4 dimensiones, generalmente recurrimos a una analogía en 3 dimensiones. Imagine el espacio-tiempo como una lámina de goma, estirada cuando no hay materia presente. Si colocamos un objeto masivo como una estrella en este “espacio”, empuja hacia abajo dentro de la lámina de goma creando un hoyuelo o hoyo en la goma. un asteroide que volaba junto a la estrella no viajaría en línea recta a medida que rodaba a lo largo de la sábana, se curvaría a medida que avanzaba por la pendiente, saliendo en una nueva dirección. Si un objeto estuviera yendo a la velocidad correcta, podría atascarse en el hoyuelo y viajar alrededor de la estrella en una órbita como una bola alrededor de una ruleta. Hasta ahora, las predicciones de esta teoría son las mismas que las de Newton, pero ahora viene una gran diferencia: si la luz viajara a lo largo de esta lámina de goma del espacio-tiempo, también seguiría la curva, ya que la curvatura del espacio ya está creada por la estrella. De hecho, si el pozo es lo suficientemente profundo y las paredes muy empinadas, la luz podría caer dentro del pozo y nunca escapar. (lo que llamamos un agujero negro) Newton no notó esta curvatura de la luz porque se necesitan objetos muy masivos para obtener algo tan rápido como la luz para curvarse lo suficiente como para que puedas notarlo. Esta es la misma razón por la que todavía aprendemos y usamos la ecuación de Newton: funciona bien la mayor parte del tiempo. Pero los experimentos han demostrado que, de hecho, Newton estaba equivocado y que la luz ES atraída hacia el objeto con masa, como predijo la teoría de Einstein.

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Para responder, centrémonos en la energía y el impulso del fotón. Después de 1906, Einstein obtuvo el segundo postulado de la relatividad especial, la constancia de la velocidad de la luz, suponiendo que los cuantos de luz que propuso en 1905 eran partículas sin masa. La energía relativista y el impulso están dados por;

Para la masa del fotón en movimiento, ver: fotones masivos en física de partículas y láser

Estos argumentos y ecuaciones se basan en la suposición de que el fotón no tiene masa, que es solo una interpretación matemática del paquete de ondas similar al fotón. Hay buenas razones teóricas para creer que la masa de fotones debería ser exactamente cero, pero no hay pruebas experimentales de esta creencia. Los físicos no se han detenido bajo la suposición de sin masa. Estos esfuerzos muestran que hay un límite superior en la masa de fotones, aunque la cantidad es muy pequeña, pero no cero. El estrecho límite superior experimental de la masa de fotones restringe los estados finales cinemáticamente permitidos de descomposición de fotones al neutrino más ligero y / o partículas más allá del Modelo Estándar.

Al menos el fotón en movimiento tiene una masa dada por m = E / c2. Porque como se describió anteriormente, el fotón sin masa es solo una suposición.

Si bien atribuir una especie de “masa efectiva” al fotón es una forma de describir por qué la trayectoria de la luz está doblada por un campo de gravedad, el enfoque de Einstein en relatividad general es asociar una masa con una curvatura del espacio-tiempo, es decir, la existencia de una masa producirá una curvatura en el espacio-tiempo a su alrededor.

Desde el punto de vista de que la luz seguirá el camino más corto, o seguirá una geodésica del espacio-tiempo, entonces si el Sol curva el espacio a su alrededor, entonces la luz que pasa al Sol seguirá esa curvatura.

¿Cómo importa el efecto de curvatura? La materia siempre quiere viajar en línea recta: nos referimos a la línea más corta que une dos puntos. Para un espacio plano que es en línea recta. Pero para una superficie de una esfera que es curva, la línea más corta es geodésica.

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La flexión de la luz se debe a la lente gravitacional. La lente gravitacional funciona de manera análoga y es un efecto de la teoría de la relatividad general de Einstein: en pocas palabras, la masa dobla la luz. El campo gravitacional de un objeto masivo se extenderá lejos en el espacio y hará que los rayos de luz que pasan cerca de ese objeto (y, por lo tanto, a través de su campo gravitacional) se doblen y vuelvan a enfocar en otro lugar. Cuanto más masivo es el objeto, más fuerte es su campo gravitacional y, por lo tanto, mayor es la flexión de los rayos de luz, al igual que el uso de materiales más densos para fabricar lentes ópticas produce una mayor cantidad de refracción.

La lente gravitacional ocurre en todas las escalas: el campo gravitacional de las galaxias y los cúmulos de galaxias pueden iluminar la luz, pero también pueden hacerlo los objetos más pequeños, como las estrellas y los planetas. Incluso la masa de nuestros propios cuerpos hará que la luz pase cerca de nosotros un poco, aunque el efecto es demasiado pequeño para medirlo.

Entonces, ¿cuáles son los efectos de las lentes? El tipo de lentes que interesan a los cosmólogos es evidente solo en las escalas más grandes, al observar galaxias y cúmulos de galaxias. Cuando los astrónomos toman una imagen telescópica de una parte del cielo nocturno, podemos ver muchas galaxias en esa imagen. Sin embargo, entre la Tierra y esas galaxias hay una entidad misteriosa llamada materia oscura. La materia oscura es invisible, pero tiene masa, representando alrededor del 85% de la masa del Universo. Esto significa que los rayos de luz que vienen hacia nosotros desde galaxias distantes pasarán a través del campo gravitacional de la materia oscura y, por lo tanto, serán doblados por el efecto de lente.

La materia oscura se encuentra donde sea que se encuentre la materia ‘normal’, como las cosas que componen las galaxias. Por ejemplo, un gran cúmulo de galaxias contendrá una gran cantidad de materia oscura, que existe dentro y alrededor de las galaxias que forman ese cúmulo. La luz proveniente de galaxias más distantes que pasa cerca de un cúmulo puede ser distorsionada – lente – por su masa. Es la materia oscura en el cúmulo la que realiza casi todas las lentes, ya que supera la materia normal en un factor de aproximadamente seis. Los efectos pueden ser muy fuertes y muy extraños; Las imágenes de las galaxias lejanas con lentes se estiran y se convierten en arcos a medida que la luz pasa cerca del cúmulo en primer plano. Esto se puede ver en la imagen a continuación del famoso grupo Abell 2218. Las galaxias reales no tienen esta forma, generalmente son elípticas o en forma de espiral, simplemente aparecen de esta manera debido a las lentes.

Sí, según la teoría newtoniana, la luz no se ve afectada por la gravedad, ya que la luz no tiene masa. Ya en 1912, tres años antes de su avance final en la formulación de la relatividad general, Einstein escribió una descripción concisa de una de las consecuencias más importantes de la desviación de la luz: la posibilidad de una lente gravitacional (geométrica). consiste en una masa M que desvía la luz de una fuente de luz distante S de tal manera que la luz llega a un observador O a lo largo de dos caminos diferentes. Como consecuencia, el observador O verá dos imágenes distintas de S:

Imagen cortesía de: Una breve historia de la lente gravitacional

El ángulo entre las dos imágenes depende de la masa del objeto, así como de las distancias entre la fuente, la masa y el observador; no puede haber ningún error, ya que es extremadamente improbable que dos estrellas se alineen de manera tan precisa como para producir una imagen doble observable desde la Tierra. De hecho, las observaciones del eclipse solar total de 1919 confirmaron la lente gravitacional y la teoría general de la relatividad.

Ya has visto cómo los objetos con masa alteran la curvatura del espacio-tiempo, y la luz que se mueve a través del espacio-tiempo simplemente sigue las curvas que se han creado; la gravedad no está doblando la luz.

Actualmente, la lente gravitacional es un campo muy activo de investigación astrofísica. Desde la primera conferencia dedicada exclusivamente a la lente gravitacional se celebró en Lieja, Francia, en 1983, se han celebrado conferencias internacionales similares cada año.

Si la luz no tiene masa, ¿cómo puede actuar la gravedad sobre ella?

Esta pregunta tiene un profundo significado. Newton dio una respuesta. Einstein proporcionó más de una respuesta. Los físicos cuánticos aún no lo han respondido.

Según Newton, la gravedad parece actuar sobre todo, independientemente de la masa. La ecuación de Newton de la gravitación universal predice eso, como sigue. Divida la ecuación de Newton para la fuerza (F) en una masa (m) debido a una masa (M) en la ubicación (r). Se vuelve:

F / m = GM / (r ^ 2) = a,

Donde (G) es la constante gravitacional de Newton. Te da la aceleración (a) en ese punto. Es lo mismo, según Newton, si m es positivo, cero, negativo o un fotón. No importa lo que haya ahí. Es el espacio en ese punto sobre el que se está actuando, independientemente de lo que esté en ese punto en ese momento. Sin dividir la ecuación de Newton por m, engaña a casi todos, especialmente a los físicos cuánticos que quieren que sea una partícula portadora de fuerza, para pensar que se está actuando sobre m. Newton sabía muy bien que su ecuación no era perfecta, porque consideraba que la acción instantánea a distancia era inaceptable.

Las ecuaciones de campo de la relatividad general de Einstein resolvieron ese problema. La relatividad general postuló que la gravedad era indistinguible de una aceleración. El espacio-tiempo cuatridimensional de Einstein fue deformado por el tensor de energía-momento de Einstein.

Los efectos de la gravedad en los fotones son muchos. Los fotones pueden acelerar transversalmente a su velocidad, pueden liberar y absorber energía al desplazarse hacia el rojo o hacia el azul, y la velocidad de la luz depende de la energía potencial gravitacional, de acuerdo con la ecuación de desplazamiento al rojo gravitacional de Einstein. Einstein desarrolló su ecuación a través de varias versiones 1905–1915, y según los informes la revisó al doble en 1955. Robert Ducke propuso una versión similar en 1957, y ha habido propuestas posteriores, incluso que la velocidad de la luz no es escalar, c , pero un tensor.

La energía (E) de un fotón viene dada por la relación de Planck-Einstein por su discreta energía mecánica cuántica:

E = hf,

donde h es la constante de Plank. La energía de un fotón varía a medida que atraviesa un campo de energía potencial gravitacional. Esto es evidente por su desplazamiento hacia el rojo o hacia el azul en su frecuencia (f) dependiendo de la dirección de la velocidad de su vector, en relación con el vector de gradiente de la energía potencial gravitacional. La velocidad de la luz viene dada por:

s = longitud de onda xf

Claramente, la frecuencia de un fotón (f) puede desplazarse hacia el rojo hacia abajo. Antes de la relatividad general, se suponía que su longitud de onda también cambiaba manteniendo la velocidad constante c. Pero la relatividad general predijo que el tiempo se ralentiza en un campo de energía potencial gravitacional. Esto reduce la velocidad (s) y la frecuencia (f) del fotón.

También explica los grandes desplazamientos al rojo de estrellas distantes. Estas son causadas por la pérdida de energía de los fotones a medida que aumentan la energía potencial gravitacional de la energía oscura en nuestro universo.

P: “ Si la luz no tiene masa, ¿cómo puede la gravedad doblarla? ”

Las diferencias en la explicación de la respuesta adecuada a la pregunta reflejan si la expansión de Hubble es verdadera o falsa. Análisis de tres conjuntos de datos

Es decir, si crees que la expansión de Hubble, crees que la gravedad no dobla (efecto) la luz en el eje z de la manera en que observamos ese efecto: desplazamiento al rojo cosmológico. Y presentará que la luz no tiene masa y la gravedad no afecta a la luz.

¿Por qué?

Si la gravedad afecta el camino de la luz, entonces el fotón tiene masa. QED

Muchos científicos profesionales y entusiastas aficionados describen que la luz viaja en línea recta y el espacio-tiempo está doblado, por lo que la luz recorre el camino recto en un espacio-tiempo curvo. Espera, espera un minuto, ¿qué?

Y aunque los científicos ‘sin masa’ y ‘la gravedad no tiene efecto’ admiten fácilmente la lente gravitacional, lo que indica que el fotón tiene masa, la gravedad afecta más a la luz que un simple efecto de eje x e y. Recursos :: Lente gravitacional

El satélite Chandra observa varias corrientes de fotones procedentes de una sola fuente, lentes gravitacionales.

Observe que la Vista desde Chandra indica varias imágenes de la fuente simplemente porque la gravedad afecta la luz en los ejes x e y.

Aquí está una de mis diapositivas con la misma imagen de Chandra:

En la actualidad, tenemos en cuenta estos efectos que la gravedad causa en el camino de la luz y lo llama lente gravitacional. Ergo “la luz tiene masa, la gravedad puede doblar el camino de la luz”. Es una indicación de que la luz tiene masa, la gravedad afecta a la luz.

No te quedes atrapado en la urdimbre del espacio-tiempo.

De lo contrario, perderá una verdad muy simple pero sutil: la gravedad afecta la luz en los ejes xey, lo llamamos lentes gravitacionales, Y, la gravedad afecta la luz en el eje z, se llama desplazamiento al rojo cosmológico.

La correcta proposición de los efectos del eje z de la gravedad sobre la luz es la propuesta avanzada de la Teoría Ξ.

La expansión del Hubble (teoría) no tiene en cuenta el desplazamiento al rojo cosmológico como la gravedad que afecta a la luz. La expansión del Hubble afirma que el desplazamiento al rojo cosmológico es causado por todo lo que retrocede a nuestro alrededor como si apareciéramos como el centro, en los límites exteriores de nuestro horizonte las galaxias retroceden a la velocidad de la luz, hipotéticamente causadas por la ‘energía oscura’ que se estima en 71% de todo el universo. Hay considerable literatura disponible sobre la expansión de Hubble.

Ξ La teoría afirma que la gravedad afecta a la luz en los ejes xey, y causa lentes gravitacionales, también afecta la gravedad a la luz en el eje z, provocando un desplazamiento al rojo cosmológico. Eso se explica en una serie de documentos que un lego puede entender, aunque en lugar de decir “doblar” la gravedad que afecta a la luz se llama curvatura.

Y cuando damos cuenta de esto, la gravedad afecta la luz en el eje z, entonces el Universo no se expande y la energía oscura ya no es necesaria; lo cual es bueno porque nunca hemos encontrado ninguna ….. Dentro del brebaje espacio-tiempo, la curvatura se pierde en el ‘espacio-tiempo’ y se omite de los efectos sobre la luz. Ergo, no te dejes atrapar por la deformación del espacio-tiempo.

Entonces, P: “ Si la luz no tiene masa, ¿cómo puede la gravedad doblarla? “. A: La luz tiene masa y la gravedad dobla el camino de la luz.

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Comencemos con la materia normal.

Sabemos que las cosas que poseen masa son influenciadas por la gravedad. Mediante una fórmula simple, inventada por Newton, podemos calcular con mucha precisión en qué medida dos objetos aplican fuerza entre sí.

Ahora ven a la luz o la radiación electromagnética.

1. La luz está compuesta de fotones sin masa que muestran la naturaleza de las partículas y las ondas.
2. Pero los fotones tienen una masa relativista que mostró Einstein en su Teoría de la relatividad especial.

[matemáticas] E2 = (m0c2) 2 + p2c2 [/ matemáticas]

1. Aquí m0 es la masa en reposo que es cero. Por lo tanto, la ecuación se reduce a E = pc. Pero p = mc. Por lo tanto, m = p / c. Esta nueva m es masa relativista y es directamente proporcional al momento del fotón.
2. Simplemente diciendo, el fotón en reposo no tiene masa, pero el fotón se mueve ya que la radiación electromagnética tiene algo de masa.
3. Entonces, cuando la luz o la radiación electromagnética viaja cerca de la estrella, es atraída ligeramente por el campo gravitacional de la estrella y, por lo tanto, se dobla o su trayectoria se vuelve curva.
4. Para probar esta teoría de Einstein, Eddington fue a Sudáfrica para observar el cambio en la ubicación de la estrella de fondo en ocasión del Eclipse Solar Total. El cambio de ubicación significa que la gravedad del Sol afecta la trayectoria de la luz proveniente de la estrella.
5. El experimento se realizó con éxito y los resultados salieron cuando la posición de las estrellas cambió. Esta fue la primera evidencia de ‘flexión de la luz’.
6. Hoy, hemos observado este fenómeno en varios escenarios. Al igual que cuando un objeto grande en el universo, especialmente, la galaxia se interpone entre el camino de la galaxia distante o la estrella y la Tierra, se ve que la galaxia de fondo está muy distorsionada. Esto se llama Lens Gravitacional.

Así es como la gravedad dobla la luz.

Hay varias formas diferentes de pensar sobre esta pregunta. Una de las más fáciles es verlo en términos del famoso experimento de pensamiento de ascensor de Einsteins. Hay dos factores involucrados; el principio de equivalencia y el hecho de que la luz viaja a una velocidad finita. Si la luz tiene masa o no, no juega ningún papel en esta visión.

Einstein estaba fascinado por la equivalencia de la masa gravitacional e inercial. Finalmente, concluyó que esta equivalencia no era una especie de coincidencia cósmica, sino que era la consecuencia de que los dos fueran aspectos diferentes de la misma cosa. La gravedad es la aceleración.

Con esto en mente, considere el experimento del elevador. Esto también funciona si su laboratorio está en una nave espacial acelerando a una gravedad.

Supongamos que tenemos dos laboratorios; uno situado en la tierra y el otro en una nave espacial o elevador que está acelerando a una gravedad.

Los experimentadores realizan experimentos idénticos que consisten en hacer brillar un haz de luz a través del laboratorio. La fuente de la luz está a un metro del piso. En el caso del laboratorio que está en el elevador, el experimentador observa que el rayo golpea la pared opuesta en un punto que está ligeramente por debajo de un metro. Él razona que mientras la luz se movía a través del laboratorio, todo el laboratorio se había movido hacia arriba. Tenga en cuenta que esto no tiene nada que ver con que la luz tenga masa, sino que ocurre porque la luz viaja a una velocidad finita.

Ahora ella es el problema, el experimentador en la Tierra ve exactamente lo mismo. Entonces ¿como puede ser esto?

Einstein razonó que la única explicación era que la masa producía una aceleración que era idéntica a la producida por un marco de referencia de aceleración. Lo que siguió fueron sus ecuaciones de campo y el concepto de masa que causaba un cambio en la forma del espacio-tiempo. ¿Por qué la masa dobla el espacio-tiempo? Nadie lo sabe y esa fue la fuerza impulsora detrás de su búsqueda de una teoría de campo unificada que persiguió por el resto de su vida.

la gravedad dobla la luz por una razón muy diferente. La gravedad NO actúa solo en masa. La gravedad tiene un efecto sobre el impulso de una partícula, y las partículas de luz tienen impulso debido a su naturaleza vibratoria (a pesar de que no tienen masa).

Esta fue una gran comprensión de la teoría de la relatividad de Einstein, que se redujo a E ^ 2 = (mc ^ 2) ^ 2 + (hV) ^ 2 basada en la Transformación de Lorentz. (h es la constante de la tabla, y V es la frecuencia de oscilación) Lo que se demostró de esto es que la energía es lo que de hecho tiene impulso. Para objetos masivos, el (mc ^ 2) ^ 2 domina y la porción vibratoria es esencialmente cero, pero para las partículas sin masa (es decir, los fotones) la porción vibratoria domina porque la masa es cero.

Este efecto se ha demostrado observando agujeros negros de tamaño suficiente para que la luz visible no escape del campo gravitacional, pero los fotones de rayos X y rayos gamma de mayor frecuencia (mayor energía) escapan del campo gravitacional (porque tienen más energía, y por lo tanto más impulso).

El error crucial aquí es la suposición de que la gravedad es simplemente una interacción entre dos objetos masivos (es decir, que tienen masa).

No, la fuente del campo gravitacional es algo que los físicos llaman el ‘tensor de energía de estrés’ y actúa sobre * todas * las partículas conocidas, masivas o sin masa.

Sucede que los tensores de energía de estrés ‘más grandes’ que nos rodean son grandes masas (como la tierra, el sol y la luna :)) … Entonces, el modelo de gravedad de ‘atracción entre masas’ funciona bastante bien, pero hay suficientes excepciones para requerir un modelo más general … y eso es exactamente lo que se le ocurrió a un empleado suizo-alemán llamado Albert.

Él modeló la gravedad al decir que todas las cosas viajan a lo largo de caminos inerciales (es decir, líneas rectas … un poco) y la introducción de un tensor de energía de estrés cambia la forma de los caminos inerciales en sus proximidades (es decir, dobla las líneas). Entonces, un rayo de luz que se mueve a lo largo de ese camino también parece doblarse … Este es un modelo increíblemente bueno y hasta ahora no hemos encontrado observaciones que lo violen.

Si alguna vez encontramos condiciones en las que una partícula no se ve afectada por la gravedad de la manera exacta descrita por Albert y su tribu, tendremos que encontrar algo más general.

Sí, la luz no tiene masa. Pero viaja a través del espacio, esta es la clave para entender su pregunta. “La luz viaja por el espacio”. La gravedad se debe a la masa de los objetos. Estos objetos doblan o deforman el espacio-tiempo de acuerdo con su masa. Cuanto más pesada es la masa, más se dobla el espacio-tiempo. Cerca de un objeto más pesado, el espacio-tiempo se dobla más. Cuando la luz se acerca a estos objetos más pesados, debe pasar a través del “ESPACIO DENTADO”. Parece que la luz se había doblado, pero en realidad el espacio-tiempo estaba doblado y la luz viajaba en el espacio-tiempo.

Puede mantener la analogía del flujo de agua en una tubería. Mientras la tubería esté recta, podemos ver el agua fluir en un camino recto. Si dobla la tubería, el agua también viaja a través de la tubería doblada, eventualmente vemos el flujo de agua doblada.

Creo que esta pregunta intriga a varios estudiantes de secundaria, ya que la mayoría tiende a aplicar la mecánica clásica y llega a la conclusión de que el fotón no tiene masa.

1. Conoce la diferencia entre masa y masa en reposo . El fotón tiene una masa de reposo cero . Esto significa que si pudiéramos detener completamente un fotón, no tendría masa.
2. La materia en todo el universo existe como una combinación de dos formas: masa y energía . Esto viene dado por la ecuación: [matemáticas] E = mc² [/ matemáticas]. A velocidades más bajas, la materia existe principalmente como masa y, por lo tanto, nunca consideramos la energía, pero cuando un fotón viaja a una velocidad igual a la velocidad crítica, debemos considerar la energía del fotón y, por lo tanto, una fuerza gravitacional actúa sobre el fotón igual a La fuerza gravitacional sobre un cuerpo cuya masa es igual a la energía convertida por la ecuación anterior.

Entonces, de manera concluyente, sí. Los fotones tienen una ‘ masa ‘ aunque no en el sentido convencional

Bueno, incluso en el contexto de la gravedad newtoniana, podemos decir que las órbitas de los planetas alrededor del Sol están dobladas o curvadas debido a la gravedad. Por supuesto, también podemos calcular órbitas planetarias elípticas utilizando las leyes de Newton y sin preocuparnos por la idea de que “la gravedad dobla las trayectorias de los planetas”.

Tanto en relatividad especial como general, los fotones, cuantos de luz tienen energía de masa

[matemáticas] E = h \ nu [/ matemáticas]

incluso si la masa restante de fotones es cero. Y en GR, cualquier cosa que tenga energía de masa se ve afectada por la gravedad. Así, la gravedad dobla la luz al actuar sobre su masa de energía.

También es posible que haya escuchado que, en esencia, GR es que Spacetime se deforma / curva por gravedad. Y en presencia de la gravedad, los fotones solo acarician el espacio deformado mientras se mueven.

En primer lugar, la luz tiene un doble carácter: partículas y ondas. Es cierto que la luz no tiene ninguna masa. La luz está compuesta de fotones, por lo que podríamos preguntar si el fotón tiene masa. El fotón es una partícula sin masa. Tiene energía e impulso, pero no tiene masa.

No importa si el fotón tiene una masa o no, simplemente tiene que seguir la curvatura del espacio-tiempo. Cuando dices que la luz se dobla por la gravedad, simplemente sigue la curvatura del espacio-tiempo. El espacio-tiempo que normalmente vemos o está a nuestro alrededor es plano o recto, por lo que la luz parece estar viajando en línea recta ya que sigue la curvatura del espacio-tiempo (que es plano / recto). Alrededor de un objeto masivo, donde la curvatura del espacio-tiempo se distorsiona, la luz aún sigue la curvatura del espacio-tiempo, que es curva para que la luz también se doble, lo que es responsable del fenómeno de la lente gravitacional.

1. Cuando dice que la luz no tiene masa, está en su propio marco de referencia, que es el marco de descanso de la luz y, por lo tanto, en ese marco, la masa de luz es 0. Sin embargo, en el marco inercial asociado con el observador que se mueve menos de A la velocidad de la luz, la luz tiene masa.

• De la relación [matemáticas] E = \ sqrt {(M ‘^ 2C ^ 4 + P ^ 2C ^ 2)} [/ matemáticas] que también es igual a [matemáticas] MC ^ 2, [/ matemáticas] donde M’ = masa en reposo, C = velocidad de la luz, M = masa relativista , vemos que hay una P ( el momento asociado con la partícula ) que también contribuye en la ecuación. La hipótesis de que la luz es una partícula se dio para explicar ciertos fenómenos como el efecto fotoeléctrico. Si la luz es una partícula, entonces debería tener impulso (una propiedad de las partículas) y, por lo tanto, debería tener masa. El impulso asociado con una cantidad de luz es hv / c , donde h = constante de planck, v = frecuencia . Poniendo M ‘= 0 (para un fotón), obtenemos [matemáticas] M = hv / c ^ 2 [/ matemáticas].

Tanto en la relatividad especial como en la general, hay algo llamado línea mundial, que se define como el camino trazado por el objeto en el espacio-tiempo. En pocas palabras, dibuje la dirección x en el eje xy el tiempo en el eje y y trace puntos de datos para un experimento de péndulo simple ideal. Lo que encontrará es el camino trazado por el bob, trazando el historial de su ubicación en el espacio en cada instante en el tiempo. Extienda este concepto al espacio-tiempo de 4 dimensiones que se llama línea mundial.

Después de muchos cálculos, se descubrió que el espacio-tiempo se curva y la cantidad de curvatura depende de la masa que lo causa. La línea mundial que toma una partícula ahora, depende de la velocidad inicial de la partícula y de la masa que causa la curvatura. En términos simples, el camino que antes era recto ahora está curvado. Entonces, la luz que se movía en línea recta ahora se curva a medida que su trayectoria se ha curvado (el espacio-tiempo está curvado).

La respuesta a esta pregunta radica en la comprensión fundamental de la teoría general de la relatividad (GTR) de Einstein. El GTR explica que los efectos gravitacionales son el resultado de la deformación o curvatura de la “estructura” del espacio-tiempo. Cuanto más masivo (mayor es la masa) el objeto, más curva este espacio-tiempo.

La imagen de arriba representa la curvatura de la luz. Una estrella colocada detrás del sol emite un rayo de luz, que se dobla o cambia de dirección mientras está cerca del sol, debido a la curvatura del espacio-tiempo causada por la masa del sol. Dado que asumimos la propagación rectilínea de la luz, creemos que la estrella se coloca en su posición percibida en la imagen de arriba, mientras que en realidad la estrella se coloca fuera de nuestra línea de visión. Es la deformación del espacio-tiempo debido al sol lo que nos permite ver la estrella. Este fenómeno se llama ‘lente gravitacional’.

Doblar el espacio-tiempo en masa es solo una forma de verlo … también puedes verlo a la manera de Newton con espacio y tiempo planos. El truco es que se puede demostrar que el cuadrado inverso de Newton (ideado empíricamente) se origina en el principio de conservación del momento. Si tiene conservación del momento (se sabe que la luz tiene impulso momentáneamente y sigue a la conservación, ¿hay alguna prueba experimental de que una onda electromagnética tiene impulso?), Entonces tiene un movimiento plano (como lo demostró Newton) y esto da como resultado el cuadrado inverso fuerza (probado por Bertrand). Si examina los cálculos para la curvatura de la luz vieja y nueva, verá las velocidades y aceleraciones como parámetros importantes, no masas.

La idea de la luz doblada por la gravedad ha existido desde la época de Newton Johann Georg von Soldner – Wikipedia, pero los cálculos realizados dieron respuestas de tamaño medio. Esto se debe a que la formulación no tiene en cuenta la velocidad finita de la luz c. Si se tiene esto en cuenta, la ley de Newton produce la gravedad de Einstein pero en un espacio plano, las llamadas ecuaciones gravito-magnéticas. Si usa estas ecuaciones, producirá nuevamente los ángulos de flexión y desviación de la luz correctos.

Entonces, para recapitular, la luz tiene un impulso según el experimento, y el impulso es lo que hace que el camino de la luz y otros cuerpos se doblen en las proximidades de grandes masas … todo el proceso es cinemático y no tiene que ver con la masa. Es por eso que en la mayoría de las fórmulas utilizadas para encontrar la flexión de la luz, solo se ve la aceleración y no la masa. El misterio es, por supuesto, cómo puede la luz tener impulso pero no descansar masa … esto probablemente porque nunca está en reposo para permitir una medición, pero si atrapa las ondas de luz / EM entre los espejos, la masa aparece entonces.

Nada puede doblegar la naturaleza de la propagación de la luz. La luz solo sigue la línea recta / camino durante su viaje. Pero la gravedad puede doblar la curvatura espacio-tiempo que establece la nueva definición de línea recta para el camino que la luz tiene que seguir.

Ejemplo: considere un vehículo que se mueve a gran velocidad en una carretera e imagine lo que sucedería cuando la carretera se inclina a un lado durante el giro. En realidad, no necesitamos girar el vehículo en esa dirección, la bicicleta gira sin esfuerzo hacia la dirección del banco (y lo llaman ‘lente gravitacional’ en óptica o, a veces, ‘refracción’). En palabras simples, la masa hace lo mismo con la curvatura espacio-temporal que el calor al aire, lo que resulta en la refracción de la luz y la formación de espejismo.

PD Desde entonces, la gravedad como fuerza es muy menor en cantidad en comparación con otras fuerzas para la masa dada. Se requiere una enorme masa para generar suficiente fuerza resultante ‘lente gravitacional’.

Espero eso ayude…!

La relatividad general y la relatividad especial son parte del mismo marco de trabajo, no solo 2 teorías del mismo físico. La relatividad especial describe cómo el tiempo se dilata y el espacio se contrae debido a la velocidad. La relatividad general describe cómo se curva el espacio-tiempo debido a la energía de masa. La luz sigue la curvatura en el espacio-tiempo, pero ¿cuál es la curvatura en el espacio-tiempo que sigue la luz?

La energía cinética de la velocidad descrita por la Relatividad Especial hace que el tiempo se dilate y el espacio se contraiga en el paso de bloqueo, manteniendo constante la velocidad de la luz. De manera similar, en Relatividad general, un reloj en el sótano corre más lentamente que un reloj en la cima de una montaña. El espacio se contrae en el paso de bloqueo con el tiempo manteniendo constante el límite de velocidad universal “c”. A medida que la luz atraviesa la región del espacio contraído y el tiempo dilatado, su trayectoria parece doblarse.

La dilatación del tiempo y la contracción del espacio debido a la proximidad de la energía de masa es lo que se describe como la flexión del espacio-tiempo en la Teoría General de la Relatividad. La luz sigue el camino geodésico o más corto a través del espacio-tiempo doblado.