¿La curvatura del espacio significa que hay “más espacio” alrededor de los objetos masivos?

Por lo poco que entiendo al leer sobre el tema, el espacio no está curvado alrededor de objetos masivos como lo implica la pregunta. Es el espacio-tiempo que es curvo. Para comprender por qué no podemos aplicar distorsiones espacio-temporales para calcular el volumen aumentado, aquí hay una breve historia.

Originalmente, Newton pensaba en el espacio como un marco pasivo de dimensiones espaciales. Los objetos que contiene no interactúan en absoluto con el espacio. Además, el espacio no interactúa con los objetos.

El problema con este modelo se hizo evidente cuando medimos la velocidad de la luz de fuentes estacionarias y móviles. Cada vez que la velocidad se midió 670,000,000 millas por hora, sin importar la velocidad de movimiento de la fuente. Esto fue claramente una violación de la noción de un marco de referencia pasivo y absoluto. En dicho marco de referencia, la velocidad de la luz debería haber sido 670,000,000 + velocidad de la fuente.

A Einstein se le ocurrió una solución al problema anterior. Dijo que el espacio y el tiempo (con los que medimos las velocidades en ese espacio) son relativos. Interactúan entre sí de tal manera que el viaje a través del espacio y el tiempo es igual para todos. Llamémoslo espacio-tiempo. En otras palabras, si alguien viaja a muy alta velocidad, su viaje a través del espacio es más, pero el tiempo se ralentiza desde el punto de vista de un observador remoto. Esto es lo que se entiende por curvatura del espacio-tiempo. La imagen a continuación representa esta curvatura.

No es válido solo por espacio o tiempo. Por lo tanto, no significa que tengamos “más espacio” alrededor de objetos masivos.

Todo el espacio es curvo, incluso el espacio euclidiano. No está curvado en un espacio superior. La curvatura es propiedad de la superficie y equivale a medir cuál es el polígono de ceñido para una línea recta.

El espacio negativamente curvado tiende a tener más volumen por radio dado, pero la mayor parte de esto está cerca de la superficie. el espacio euclidiano tiende a ser lineal, mientras que el espacio hiperbólico curvado negativamente es esencialmente exponencial.

Para un objeto ordinario que pesa ‘m’ = GM / c², la circunferencia de un círculo es 2pi (m + r), y el área de superficie es 4pi (m + r) ². El volumen se suma entonces para R, es decir (4pi / 3) (r³ + 3rm (m + r)). El primer término es euclidiano, por lo que lo ignoramos. El segundo término es el aumento de volumen, a saber, 4pi (mr (m + r)).

Para la tierra, ponemos r = 6371.008 m, m = 4.43502938 mm, y el volumen en exceso es entonces 2,262 cu km. Debe recordarse que esto es 3 m / r del volumen euclidiano de la tierra, y esto es entonces 7 partes en 10 ^ 10.


Lo que debe recordar es que si una sola dimensión se ve afectada por la curvatura, entonces el volumen se ve directamente afectado por ella. Las longitudes se ven afectadas en el espacio curvo, y por lo tanto también lo son los volúmenes. Sin embargo, debe recordarse que esto no es cierto localmente. Los espacios curvos son descritos por la geometría reimaniana. El aumento o disminución del volumen depende de la curvatura.