¿Cómo puede la gravedad ser tanto una curvatura del espacio-tiempo como una interacción comunicada por una partícula fundamental?

Diría que, fundamentalmente, la gravitación es el resultado de un acoplamiento, es decir, una interacción, entre la distribución local de masa y energía y la geometría del espacio-tiempo (sobre el cual vive dicha distribución). Como tal, la energía y la masa son fuentes de curvatura espacio-temporal. Esta es, en mi opinión, la imagen más pura de acuerdo con la teoría de la relatividad general de Einstein.

En cierto sentido limitante (“bastardo”), en particular cuando uno reformula la teoría general de la relatividad (GR) como no una teoría del espacio-tiempo dinámico sino la teoría de un campo dinámico “de pequeño valor” que vive en un espacio-tiempo fijo, lo que resulta La teoría, llamada relatividad general linealizada, se parece a una teoría de campo ordinaria (ya que es solo la teoría de un campo que vive en un fondo fijo). En consecuencia, la teoría del campo cuántico correspondiente se parece a la teoría de la mecánica cuántica, partículas puntuales gravitacionales que se propagan sobre un fondo fijo, estos son gravitones. Ahora, esta teoría finalmente desecha las características interesantes de la dinámica de la relatividad general, es solo una aproximación a la dinámica de GR. Sin embargo, la teoría de los gravitones ciertamente puede decirnos acerca de la física de la gravedad cuántica, donde los efectos gravitacionales son muy pequeños, esto se llama una teoría efectiva de la gravedad cuántica , donde “efectivo” nos referimos solo a un determinado régimen, donde el El régimen en cuestión es de baja energía solamente. A altas energías, esta teoría cuántica pierde todo el poder predictivo.

Esta teoría (relatividad general linealizada cuántica) representa quizás el intento más ingenuo de formular una teoría de la gravedad cuántica, pero evidentemente esto falla espectacularmente a altas energías. ¡El intento de encontrar la teoría correcta ha ocupado legiones de físicos muy inteligentes durante muchas décadas sin una conclusión satisfactoria a la vista!

Esa es una excelente pregunta, y no creo que nadie realmente sepa la respuesta.

Cuando hablamos del gravitón como una partícula, realmente estamos pensando en el gravitón como una fluctuación alrededor del espacio plano, y está “linealizado” en cierto sentido. Para hablar sobre el gravitón, uno tiene que pensar en el gravitón como un campo cuántico, que está libre en el llamado límite de desacoplamiento. Pero la gravedad no se desacopla a ninguna escala de energía, por lo que esta definición no es del todo satisfactoria.

Ahora, cuando hablamos de la curvatura del espacio-tiempo, por otro lado, realmente estamos hablando de los aspectos completamente no lineales de la gravedad. Se puede decir que estamos tratando con un fondo coherente de gravitones, etc., pero para entender completamente estas preguntas, se necesita una teoría de la gravedad totalmente cuántica, que no tenemos.

En última instancia, el punto es que el gravitón es un concepto cuántico alrededor del espacio plano, y la curvatura del espacio-tiempo es un concepto altamente clásico en los espacios-tiempo arbitrarios.

La gravedad no puede ser tanto una curvatura del espacio-tiempo como una interacción comunicada por una partícula. La razón por la cual el físico “quiere” que la gravedad sea comunicada por una partícula es para que puedan hacer que la fuerza de la gravedad “encaje” en el modelo portador de las fuerzas asociadas con las otras tres fuerzas conocidas. Pero incluso la deformación del espacio-tiempo es desconocida por los físicos que no conocen el mecanismo de acción cuando se trata de una masa que contiene partículas que crea su campo gravitacional.

La Teoría de todo de Gordon revela el mecanismo exacto de cómo una partícula que contiene masa crea un campo gravitacional que compartiré con ustedes ahora … los físicos pueden alcanzarnos más tarde.

Actualmente, los físicos no tienen idea de cómo el espacio-tiempo llega a poseer alguna de sus propiedades o cómo se crea un campo gravitacional mediante partículas que contienen masa, pero lo que es peor, no saben la forma en que cualquier partícula crea un campo de energía.

La razón por la cual la gravedad no puede explicarse de la misma manera que las otras fuerzas es porque los campos de energía asociados con otras fuerzas se basan en la energía cinética dentro de la estructura interna de las partículas. Cualquier intercambio de energía entre partículas cuando interactúan a través de las fuerzas generadas tiene la forma de una partícula portadora que representa el intercambio de energía. El movimiento de la energía es lo que representa una partícula portadora y es por eso que estas fuerzas están asociadas con la energía cinética interna de una partícula. El campo de energía de la gravedad es el resultado de un gradiente de energía potencial creado por una partícula tal como existe en el espacio-tiempo. No hay movimiento de energía asociado con estos campos de energía y, por lo tanto, ninguna partícula portadora está asociada con la fuerza de gravedad con la que se asocia. Los gravitones no existen.

Para más información puedes leer este post anterior …

La respuesta de Scott S Gordon a ¿Cómo se puede visualizar físicamente la curvatura del espacio-tiempo debido a objetos masivos?

La unificación de la mecánica cuántica y la relatividad sigue siendo un área continua de investigación en física. De hecho, la reconciliación de los dos ha sido un objetivo principal de la física teórica desde la época de Einstein.

Todavía no tenemos un modelo mediante el cual la gravedad sea una fuerza expresada de la misma manera que las otras fuerzas, a través de la interacción comunicada por una partícula virtual. Comprender el bosón de Higgs fue solo un paso en el camino para formar este modelo.

No tengo tiempo para escribir una respuesta larga, pero la respuesta anterior (que ahora tiene un voto negativo) es tan terriblemente confusa que ni siquiera sé cómo criticarla porque parece que un robot la escribió. (Editar: la respuesta de Todd Gardiners es legítima, pero ahora hay otras dos respuestas completas, porque quora tiene algún tipo de política para dar crédito igual a las mentiras y la ciencia. No puedo mencionar los nombres de la persona que ha dado respuestas engañosas que no tienen relación con el conocimiento actual de la física o algún administrador de quora eliminará esta publicación como un ataque personal).

Pero lo que voy a hacer es señalarles que cualquiera que afirme saber la respuesta exacta a esta pregunta realmente no lo hace porque unificar los modelos del mundo dados por la mecánica cuántica y la relatividad simplemente aún no se ha hecho e incluso un poco en la dirección correcta te daría un premio Nobel.

Algunas respuestas un poco más razonables se pueden encontrar rápidamente en el intercambio de pila. Naturaleza de la gravedad: ¿gravitones, curvatura del espacio-tiempo o ambos?

No estoy de acuerdo con que el cuanto de interacción o, en otras palabras, la excitación de un cuerpo (fuente / emisor o sumidero / absorbedor) que en sí mismo es una mota, sea también una mota, pero una onda. Pero la métrica debería aplicarse a cualquier interacción: la respuesta de Castleton de Autymn a Si la materia dobla el espacio-tiempo, ¿en qué se dobla? Matemáticamente hablando, el espacio-tiempo es una variedad (3 + 1) -dimensional. ¿Se está doblando en otro espacio de nivel superior (cinco dimensiones)? ¿O es simplemente que la visualización habitual es defectuosa?

Cuando entiendes que la mota y el campo son el cuerpo idéntico, delimitados por las leyes de Newton, Coulomb y Yukawa y delimitados por las leyes de Maxwell, Einstein y Hubble, entiendes que cuando estos profesionales dicen que el espacio-tiempo hace algo significan el cuerpo o Mote lo hace. Que puedas ver el sol es una prueba de que el sol y tu retina comparten la misma habitación.

Las correcciones métricas para la aceleración y la velocidad de los cuerpos se basan en la celeridad finita y el efecto Doppler relativista.