Si la gravedad es solo el efecto que el espacio-tiempo curvo tiene sobre la materia (y no es realmente una fuerza, solo un subproducto de esta curvatura), entonces ¿por qué son necesarios los gravitones como portadores de fuerza (mediadores)?

Como sabemos, la curvatura del Sol y la Tierra no es la misma, por lo tanto, la curvatura del espacio-tiempo depende de la intensidad del gravitón en el espacio.

En la actualidad, el mayor problema en la física teórica es combinar la relatividad general con la mecánica cuántica. Los físicos están tratando de resolver este problema en el contexto de la física moderna o de pensar más allá de la física moderna, mientras que no les ha importado la física clásica.

En todos estos esfuerzos, la física clásica ha sido ignorada, mientras que la naturaleza es única y todos los fenómenos físicos, desde los microscópicos o macroscópicos, obedecen la misma ley.

Para responder a la pregunta de este tema, primero debemos responder a esta pregunta: “¿Cuál es la intersección de estas tres teorías sobre la gravedad?” La intersección de estas tres teorías sobre la gravedad, el énfasis está en la energía. Entonces, para encontrar el respuesta, centrémonos en la energía.

Mecanica clasica

Cada átomo crea su propio campo gravitacional. Además, las partículas como el electrón crean su propio campo gravitacional. No solo las partículas masivas, incluso los fotones llevan sus propios campos gravitacionales que son inherentes a sus energías de masa. El campo gravitacional de una partícula puntual sin masa se calcula primero usando las ecuaciones de campo linealizadas.

¿El campo gravitacional es continuo o discreto?

Las estrellas nacen dentro de las nubes de polvo. Una estrella está compuesta de átomos, cada átomo contiene unas pocas partículas subatómicas y cada elemento tiene su propio campo gravitacional. Entonces, el campo gravitacional de una estrella está formado por la combinación de los campos gravitacionales de sus partículas subatómicas. Cuando una estrella explota, cada parte de ella, como las partículas subatómicas, lleva su propio campo gravitacional.

Muestra que las partículas subatómicas se absorben entre sí, incluso en estrella. En otras palabras, el campo gravitacional está cuantizado.

Campo gravitacional

En mecánica clásica, el campo gravitacional g alrededor de una masa de punto M es un campo vectorial que consiste en cada punto (con la distancia r de la masa de punto M) de un vector que apunta directamente hacia la partícula que viene dada por:

Con respecto al concepto de partículas de intercambio en la teoría del campo cuántico y la existencia de gravitón, cuando una partícula / objeto está cayendo en el campo gravitacional, pasa de una capa baja a una densidad de gravitones más alta. Por lo tanto, debemos investigar el impacto de cambiar la densidad de los gravitones en los gravitones de intercambio entre las partículas que en adelante se harán.

Relatividad general

La relatividad general es la teoría geométrica de la gravitación y la descripción actual de la gravitación en la física moderna.

En la relatividad general, el universo tiene tres dimensiones de espacio y una de tiempo y al unirlas obtenemos espacio-tiempo de cuatro dimensiones, que es la gravedad como un efecto emergente de la curvatura espacio-tiempo asociada con las distribuciones de energía. Como dijo Einstein: “la materia le dice al espacio cómo doblarse; el espacio le dice a la materia cómo moverse “.

Ecuación de campo de Einstein

Las ecuaciones de campo de Einstein son el conjunto de 10 ecuaciones que describen la interacción fundamental de la gravitación como resultado del espacio-tiempo curvado por la masa y la energía.

Estas ecuaciones se utilizan para estudiar fenómenos como las ondas gravitacionales.

Notas considerables sobre la ecuación de campo de Einstein

La curvatura de Ricci es el objeto matemático que controla la tasa de crecimiento del volumen de bolas métricas en una variedad.

Curvatura escalar de una variedad riemanniana está dada por la traza del tensor de curvatura de Ricci.

Tensor métrico , gij es una función que indica cómo calcular la distancia entre dos puntos en un espacio dado. Sus componentes pueden verse como factores de multiplicación que deben colocarse frente a los desplazamientos diferenciales dxi en un Teorema de Pitágoras generalizado:

La constante cosmológica es el valor de la densidad de energía del vacío del espacio.

Tensor de tensión-energía en coordenadas locales, el tensor de tensión-energía puede considerarse como una pestaña de matriz 4 × 4 en cada punto del espacio-tiempo. Este gadget es lo que aparece en el lado derecho de la ecuación de Einstein para la relatividad general: Gab = Tab

Las ecuaciones de campo de Einstein no son ecuaciones dinámicas que describen cómo la materia y la energía cambian la geometría del espacio-tiempo, esta geometría curva se interpreta como el campo gravitacional de la fuente de materia. Einstein intentó proponer estructuras geométricas del espacio mediante ecuaciones matemáticas. Entonces, usó geometría no euclidiana. Hay tres notas considerables en las ecuaciones de Einstein;

1- Las ecuaciones de campo de Einstein no provienen directamente del principio de equivalencia. Estas ecuaciones son simplemente ecuaciones adecuadas para la relatividad general.

2- Hay una explicación física para el camino de la luz en un campo gravitacional. Aunque explicar los marcos de referencia es un concepto físico, no hay ninguna explicación de cómo el campo gravitacional afecta a los fotones en la relatividad general. Entonces, ¿cómo podemos explicar este fenómeno mediante la mecánica cuántica?

3- El espacio-tiempo es una cantidad continua en relatividad general. Pero el cambio de frecuencia de fotones y la producción de energía se cuantifican. Ese desplazamiento al azul gravitacional (o desplazamiento al rojo) es un caso especial de campo gravitacional que afecta al fotón. Por lo tanto, mi pregunta es: ¿cómo podemos explicar el desplazamiento al azul gravitacional de acuerdo con la relación entre la energía del fotón y su frecuencia?

Mecánica cuántica

En mecánica cuántica, el gravitón es una partícula elemental hipotética que media la fuerza de la gravitación en el marco de la teoría cuántica de campos. Si existe, el gravitón debe ser sin masa y debe tener un giro de 2. Esto se debe a que la fuente de gravitación es el tensor de energía de estrés, un tensor de segundo rango.

Renormalización

La renormalización es una colección de técnicas en la teoría de campo cuántico que se utilizan para tratar infinitos que surgen en cantidades calculadas que se desarrolló por primera vez en la electrodinámica cuántica (QED) para dar sentido a las integrales infinitas en la teoría de perturbaciones. Las integrales para una partícula de espín J en dimensiones D están dadas por:

La teoría de cuerdas ha resuelto este problema con otro enfoque sobre el problema.

Propiedades del gravitón.

En el modelo estándar, las partículas de materia transfieren cantidades discretas de energía mediante el intercambio de bosones entre sí. Con respecto al concepto de partículas de intercambio en la teoría del campo cuántico y la existencia de gravitón, presentaremos una nueva definición de gravitón. Para redefinir el gravitón, debemos considerar que la energía potencial gravitacional (está compuesta de cantidades discretas de energía que se llama gravitón) es convertible en energía electromagnética (fotones) y viceversa. Cuando un fotón está cayendo en el campo gravitacional, pasa de una capa baja a una densidad de gravitones más alta.

En las últimas décadas, se discute la estructura del fotón y los físicos están estudiando la estructura del fotón. Alguna evidencia muestra que el fotón consiste en cargas positivas y negativas. Además, un nuevo experimento muestra que la probabilidad de absorción en cada momento depende de la forma del fotón, también los fotones tienen unos 4 metros de largo, lo que es incompatible con el concepto no estructurado.

Fotón y campo gravitacional

Para estudiar y comprender la estructura del fotón, necesitamos describir la relación entre la frecuencia y la energía del fotón. El cambio de frecuencia del fotón en el campo gravitacional ha sido demostrado por el experimento Pound-Rebka. Cuando el fotón cae una distancia igual y hacia la tierra, de acuerdo con la ley de conservación de la energía tenemos:

Si consideramos este fenómeno como otra evidencia para verificar la relatividad general, nos detendremos en las mismas viejas teorías. Por lo tanto, si queremos obtener un resultado diferente, tenemos que cambiar nuestros pensamientos. El trabajo que realiza la fuerza gravitacional en el fotón no significa un simple concepto de aumento de la energía cinética, sino que algunos conceptos más y más profundos están ocultos más allá. Si queremos ver este fenómeno desde el punto de vista de la teoría cuántica de campos, debemos aceptar que los gravitones penetran en la estructura del fotón y, además de aumentar su energía, aumentan la intensidad del campo eléctrico y magnético. Sin embargo, al considerar los conceptos aceptados de la mecánica cuántica para los gravitones, este fenómeno no es justificable. Por lo tanto, debemos reconsiderar los conceptos de la mecánica cuántica sobre el gravitón e investigar sobre este fenómeno más allá de la mecánica cuántica.

Cargas de color y color magnético

Un fotón con la energía más baja posible también transporta campos eléctricos y magnéticos. Por lo tanto, las características de los gravitones ingresados ​​en la estructura del fotón deben comportarse de una manera que, junto con la explicación de la energía del fotón, describa el aumento en la intensidad de los campos eléctricos y magnéticos. En otras palabras, algunos de estos gravitones aumentan el campo eléctrico de los fotones y otros gravitones aumentan la intensidad de los campos magnéticos. Además, no solo un fotón en el nivel más bajo de su energía está formado por algunos de los gravitones, sino que también sus miembros formados tienen propiedades eléctricas y magnéticas que se llaman carga de color y color magnético en la teoría CPH. El siguiente paso es especificar las cargas de color y los colores magnéticos en los que se obtiene prestando atención al menos al cambio en la energía del fotón en un campo gravitacional mientras se mueve hacia el cambio de gravedad azul.

Al producir campos eléctricos positivos y negativos, se forman dos campos magnéticos alrededor de los campos eléctricos que se forman. Por lo tanto, se harán dos grupos de colores magnéticos. Entonces la matriz CPH se define de la siguiente manera:

La matriz CPH muestra la energía de menor magnitud de un fotón.

Energía Sub-Cuántica (SQE)

Utilizamos la matriz CPH para definir energías sub cuánticas positivas y negativas de la siguiente manera: la primera columna de la matriz CPH se define energía sub cuántica positiva y la segunda columna de la matriz CPH se define energía sub cuántica negativa, entonces;

La cantidad de velocidad y energía de las energías sub cuánticas positivas y negativas son iguales, y la diferencia entre ellas solo está en el signo de sus cargas de color y dirección de flujo de color magnético.

Fotones virtuales

Hay dos tipos de fotones virtuales, fotones virtuales positivos y negativos que se definen de la siguiente manera:

Un fotón real está formado por un fotón virtual positivo y un fotón virtual negativo:

Allí, n y k son números naturales. Hasta ahora, la producción de energía electromagnética (fotones) se describió mediante el uso del desplazamiento azul gravitacional, en fenómenos inversos, los fotones se descomponen en fotones virtuales negativos y positivos. En el desplazamiento al rojo, los fotones virtuales también se descomponen en energías sub cuánticas positivas y negativas ( SQE s), y las energías sub cuánticas (SQE) también se descomponen en cargas de color y colores magnéticos. Las cargas de color y los colores magnéticos se separan, pierden su efecto entre sí y se convierten en gravitones. Además, existe una relación entre el número de SQEs en la estructura del fotón y la energía (también frecuencia) del fotón. Además, esta nueva vista sobre gravitón muestra, identidades de los cambios de gravitón, de hecho tiene masa con giro variable.

Entonces, los fotones son una combinación de fotones virtuales positivos y negativos. El fotón es un dipolo eléctrico muy débil que es consistente con la experiencia y se afirman estos artículos. Además, esta propiedad del fotón (dipolo eléctrico muy débil) puede describir la energía de absorción y emisión por partículas cargadas.

Intercambiar gravitón entre partículas

A pesar de publicar muchos artículos sobre gravitón, no se ha realizado ningún trabajo considerable sobre el mecanismo de intercambio de gravitón entre cuerpos / partículas. La razón es que la antigua definición de gravitón (en la física moderna) no puede describir este mecanismo y tampoco es posible obtener la teoría de la gravedad cuántica.

Con respecto a la creación de fotones virtuales, cada partícula cargada produce cargas de color positivas y negativas.

Con respecto a la creación de fotones virtuales, cada partícula cargada produce cargas de color positivas y negativas.

Según la figura anterior, una gran cantidad de cargas de color positivas se mueven desde la partícula cargada positiva hacia las partículas cargadas negativas, y las cargas de color negativas se mueven desde la partícula cargada negativa hacia la partícula cargada positiva y se combinan entre sí (en el área 3 ) y producen las energías sub cuánticas, luego se produce energía de gravedad y estas dos partículas se aceleran una hacia la otra.

Aunque el mecanismo de generación de energía gravitacional de dos partículas cargadas de signo idénticas es similar con dos partículas cargadas de signo diferentes, pero el método de generación y energías sub cuánticas es diferente. Para explicar el proceso de generación de energía gravitacional entre dos partículas cargadas de signo idénticas, es necesario explicar el proceso de la energía electromagnética generada por la interacción de su repulsión eléctrica.

Según la teoría CPH, la gravedad es una moneda entre los objetos. Considere la interacción entre la tierra y la luna: cuando un gravitón llega a la tierra, el otro se mueve hacia la luna y empuja la tierra hacia la luna. Debido a que para mantener tiempos de igualdad – cargas de color positivas y negativas, hay una relación fija entre la masa y el número de gravitones circundantes. Además, cuando un gravitón llega a la luna, el otro se mueve hacia la tierra y empuja a la luna hacia la tierra. Entonces la tierra (de hecho, todo) es bombardeada por gravitones continuamente. Debido al hecho de que todo está compuesto de energía sub cuántica, el concepto clásico de aceleración y la segunda ley relativista de Newton necesita ser revisado.

Leer más: Revisión adaptativa de tres preguntas fundamentales en física

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El mecanismo del intercambio de gravitones entre cuerpos, parte I

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El argumento habitual es el siguiente. Como supongo que usted sabe, las ecuaciones de campo de Einstein dan la relación precisa entre la curvatura del espacio-tiempo y la materia y la energía que lo originan:

[matemáticas] R _ {\ alpha \ beta} – \ frac {1} {2} R g _ {\ alpha \ beta} = \ frac {8 \ pi G} {c ^ 4} T _ {\ alpha \ beta} [/ matemáticas]

El tensor de energía de estrés que aparece en el lado derecho es una función de la materia y los campos que existen en el universo. Por ejemplo, los campos eléctricos y magnéticos contribuyen al término [matemática] T_ {00} [/ matemática] a través de su densidad de energía [matemática] \ frac {\ epsilon_0} {2} E ^ 2 + \ frac {1} {2 \ mu_0} B ^ 2 [/ matemáticas].

Si la materia y los campos del universo son fundamentalmente de mecánica cuántica, y los datos experimentales establecen claramente que lo son, entonces el tensor de energía de estrés también debe ser valorado por el operador. Por ejemplo, sabemos por electrodinámica cuántica que los estados del campo electromagnético no tienen valores definidos de [matemáticas] E [/ matemáticas] y [matemáticas] B [/ matemáticas], así como las partículas no tienen posiciones definidas. En cambio, [matemática] E [/ matemática] y [matemática] B [/ matemática] están valorados por el operador en la electrodinámica cuántica. (En la jerga anterior, son “números q” y no “números c”). También lo son todos los otros términos que contribuyen a [math] T [/ math]. Entonces [math] T [/ math] también debe ser valorado por el operador. Si el RHS de las ecuaciones de campo de Einstein está valorado por el operador y el LHS no, entonces la ecuación no tiene sentido.

Un enfoque es tomar el valor esperado del lado derecho, es decir, decir que el valor esperado de [matemáticas] T [/ matemáticas] es la fuente del campo gravitacional, que todavía es clásico. Esto se llama “gravedad semiclásica”. El otro enfoque es hacer que el lado izquierdo también sea valorado por el operador, es decir, encontrar una teoría de la gravedad completamente cuántica. En ese caso, debe haber gravitones.

Parece que la mayoría de los físicos no tienen mucha confianza en el enfoque semiclásico. Quizás esto se deba en parte al sentido estético del físico de que la gravedad debería estar en pie de igualdad con las otras interacciones fundamentales. Hasta donde yo sé, la gravedad semiclásica no se puede descartar experimentalmente en la actualidad, pero existen varios argumentos teóricos contra la gravedad semiclásica, ninguno de los cuales ha resultado en un consenso, y ninguno de los cuales puedo explicar en profundidad. Probablemente sería útil leer algunos escritos de expertos reales, por ejemplo, un experimento de pensamiento real que no muestra prácticamente nada.

Los gravitones no son necesarios a menos que creas que todas las interacciones fundamentales de la física deben estar unificadas bajo una gran teoría de la física cuántica. Muchos físicos consideran que hacer eso es el “santo grial” de la física.

La ironía, por supuesto, es que el santo grial de la leyenda, la copa utilizada en la Última Cena de Cristo, muy probablemente nunca existió, ciertamente no en la época medieval cuando Parsifal (Perceval) lo estaba buscando. Por lo tanto, es una metáfora extraña para elegir.

Por lo tanto, no hay “necesidad” de gravitones. Sin embargo, el 99% de los físicos que conozco creen que realmente existen. Parece que soy un escéptico muy solitario. Pero tal vez los otros escépticos se muestran reticentes a hacer una afirmación que está tan lejos de la corriente principal de la física teórica.

  1. La materia cuántica y la gravedad clásica simplemente no encajan. La ecuación del campo gravitacional de Einstein es G = 8 Pi T. El tensor de energía T está determinado por todos los campos de materia en el espacio-tiempo y estos son valorados por el operador ya que la materia obedece a la mecánica cuántica. Por lo tanto, G también debe ser valorado por el operador.
  2. Si eso no fuera cierto, entonces la gravedad clásica actuaría como una especie de “observador” de la materia cuántica. Un campo cuántico puede estar en una superposición de estados, pero un campo clásico no. Entonces, la gravedad forzaría el colapso de la función de onda en todas partes todo el tiempo y no habría mecánica cuántica.
  3. Sin embargo, los gravitones son solo una aproximación de baja energía a partir de la ecuación de onda gravitacional en el límite linealizado de la relatividad general. Nadie sabe realmente qué es realmente un espacio-tiempo cuántico.

Una pregunta fabulosa.

Trataré de enmarcar esto en términos semi-laicos:

– Todas las interacciones (léase: ‘fuerzas’) tienen un campo asociado con ellas, dicho campo impregna todo el espacio y puede tener cualquier valor en cualquier punto del espacio.

– Todos los campos tienen partículas transportadoras asociadas, tales partículas transportadoras intercambian información entre campos y objetos.

– Todos los campos tienen una densidad, a veces esa densidad se llama ‘carga’.

– Los campos gravitacionales se describen como espacio-tiempo ‘curvo’ pero la ‘curvatura’ se puede interpretar como la densidad del espacio-tiempo, se puede decir que la ‘carga’ del campo gravitacional es espacio-tiempo y cuanto mayor sea la diferencia en el espacio-tiempo carga entre dos puntos en el campo, cuanto más fuerte sea su efecto (como cualquier otro campo), llamado ‘curvatura’.

Se deduce que el campo gravitacional no es una excepción, puede tratarse como cualquier otro campo cargado y, por lo tanto, puede tener un gravitón, no hay problema. De hecho, si la gravedad se puede describir en términos de un campo, debe tener partículas transportadoras, ‘gravit-ons’.

En la relatividad general, se trata de geometría, no hay gravitones y no hay necesidad de ellos. Creo que surgen cuando uno trata de acercar la teoría a la mecánica cuántica y usa la teoría de campo en lugar de la GR simple, intenta cuantizarla.

Estaba pensando la misma pregunta alguna vez. La respuesta está en la filosofía (filosofía de la física), no en la física.
En la mayoría de los documentales y libros populares sobre Relatividad general, siempre ha habido un espacio-tiempo y los objetos cambian su estructura. Sin embargo, es solo una INTERPRETACIÓN de la relatividad general que Albert Einstein no creía.
Decir “espacio-tiempo” es un objeto físico (no como la manzana o el Sol, pero sin embargo tiene un significado ontológico) es una interpretación. Einstein vio el espacio-tiempo como solo un formalismo matemático que describimos cómo se mueve el objeto y marca el reloj. Por ejemplo, “2 + 2 = 4” no es un objeto físico, pero es útil al describir la realidad. Los físicos usan el operador + en su fórmula, pero no creen que el operador + sea un significado de objeto. En esta interpretación, “espacio-tiempo” tampoco es nada más que eso. Albert Einstein tampoco creía en la existencia física del “espacio-tiempo” porque, al igual que Mach, Leibniz, tampoco creía en el espacio absoluto. Por supuesto, en la relatividad general el espacio no es absoluto, pero el “espacio-tiempo” sí lo es. Por lo tanto, el concepto de espacio-tiempo parece contener absoluto.
¿Por qué he hablado de la suya? Porque si piensas que el espacio-tiempo es solo un formalismo matemático, no tendrás dificultad para entender los gravitones.

Te sugiero que leas este libro:
JB Kennedy – Espacio, tiempo y Einstein
y lee este argumento de Wikipedia:
Argumento del agujero – Wikipedia

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