¿Cómo es que los fotones en la mayoría de los principales libros de texto están etiquetados como interactuando solo con fuerzas electromagnéticas, pero todavía se produce la lente gravitacional?

Debido a que en la Relatividad general, que es nuestra teoría preferida de la gravedad, la gravedad se ha degradado a una seudo fuerza del mismo tipo que la fuerza centrífuga y la fuerza de Coriolis. Es decir, es una entrada contable para racionalizar cómo se ve el movimiento natural de un objeto cuando se ve desde un sistema de coordenadas subóptimo.

Considera: si te sientas en la punta de un cohete y vas a dar un paseo, el universo entero, menos tú y el cohete, parece caerse. Si desea hacer física desde este POV pero mantener las Leyes Primera y Segunda de Newton, debe introducir un campo de fuerza pseudogravitacional que impregne el universo y actúe sobre todo (incluido usted y el cohete). La fuerza del cohete más la fuerza de este campo explica por qué usted y el cohete están estacionarios cuando todo lo demás está cayendo. Y esto funciona, pero es demasiado complicado y solo es necesario porque ha intentado anclar un sistema de coordenadas a un objeto con otras fuerzas (es decir, el cohete).

Einstein luego dice que esto es todo lo que está sucediendo con la gravedad “real”. La gravedad solo parece una fuerza porque la Primera Ley de Newton está equivocada, o al menos solo un caso especial de una regla más general. La regla más general es que los objetos sin fuerzas verdaderas sobre ellos siguen un camino geodésico a través del espacio-tiempo. Una geodésica es una curva de longitud máxima 4D, que resulta ser lo que mide un reloj ideal. Entonces, si inicia un reloj en un momento y posición particulares (evento A) para que luego pase por otro momento y posición particulares (evento B), el tiempo transcurrido en el reloj será máximo, si desea enviarlo cualquier otra trayectoria entre los dos eventos tendrá que empujarlo activamente y mostrará la dilatación del tiempo.

En esto es como una versión extraña del mundo de un odómetro en el espacio 2D ordinario. Una geodésica en un plano plano es una línea recta porque esa es la distancia más corta entre dos puntos medidos por un odómetro. Una geodésica en una superficie curva sigue siendo el camino más corto medido por un odómetro. Entonces, en una esfera, es parte de un Gran círculo.

El resultado es que si el espacio-tiempo es plano (porque no importa que se doble), los caminos geodésicos son líneas rectas a una velocidad constante como antes. Si hay grandes masas en las proximidades, el espacio-tiempo se dobla y los objetos siguen el tipo de trayectorias balísticas como en la mecánica newtoniana, pero por una razón subyacente diferente.

Finalmente, volviendo a los fotones, el movimiento natural de estos también es seguir las geodésicas, pero específicamente las geodésicas nulas con cero intervalo de espacio-tiempo a lo largo de ellas. (El tiempo y el espacio cuentan de manera opuesta, por lo que c ^ 2t ^ 2 y x ^ 2 se cancelan). Los relojes físicos no pueden viajar con fotones, pero si lo hicieran, tendrían que no avanzar, porque no hay tiempo transcurrido El camino de un fotón. Entonces, en el espacio-tiempo doblado, el camino de un fotón puede verse doblado en el componente espacial, a pesar de que no hay una fuerza real sobre él (no había una en la física clásica y Einstein no agregó una).

Bueno, técnicamente (y cualquier persona con algún tipo de formación en física puede y debería corregirme si me equivoco), la lente gravitacional se produce porque la masa de un cuerpo determinado realmente distorsiona el espacio-tiempo. Al fotón no le importa la masa, pero sigue una geodésica espacio-temporal deformada por la masa del objeto.

Porque, para todos los propósitos cotidianos, el efecto gravitacional es totalmente insignificante. Y para discutir los pocos casos en los que no es insignificante, como la lente de galaxias distantes, se abre una línea de discusión completa que probablemente no sea útil en ese momento. Del mismo modo que los libros de texto sobre mecánica newtoniana no suelen discutir las correcciones relativistas de los experimentos con pesas descendentes.

Casi todo lo que se enseña en física por debajo del nivel de posgrado es una simplificación. E incluso más allá de eso, los investigadores tienden a abordar los problemas con un enfoque relativista o mecánico cuántico. Las personas capaces de manejar la física en toda su complejidad son pocas, si es que hay alguna.

Porque no interactúa.

En mi opinión, una perturbación del campo electromagnético representado como un fotón que cae en un pozo de gravedad realmente no gana energía, no hay gravitones o similares con los que interactuar. Simplemente ingresa a otro marco de referencia donde la mayoría de las partículas determina localmente el marco donde el tiempo coordinado como una “métrica” ​​promedio es un poco “más lento”, por lo que parece que el fotón (es decir, su campo) se vuelve más enérgico y curva su ruta como se ve desde otro marco de referencia (por ejemplo, por un observador fuera del pozo).

No estoy seguro de si este razonamiento cumple con la relatividad general, pero de nuevo no soy tan aficionado a esta teoría.

Si piensas en el ejemplo clásico del trampolín: los objetos con masa se ven afectados principalmente por ir cuesta abajo. Sin embargo, si dibujas una línea recta a través de la curvatura, de hecho se curvará.

No, la gravedad no interactúa con los fotones, solo curva el espacio (tiempo).
Como los fotones viajan a través del espacio (tiempo) su trayectoria se desvía porque el espacio (tiempo) tiene una forma diferente.

Imagina que estás caminando por un sendero flotante de madera sobre el agua, en dirección norte. Mientras caminas, muevo el camino hacia el noreste. ¿Interactué contigo? No, acabo de cambiar la dirección de la superficie sobre la que estás caminando.

Eso es lo que la gravitación le hace al espacio por el que tiene que moverse el fotón.

La lente gravitacional existe porque los fotones viajan a lo largo de un camino recto a través del espacio curvo.

Los fotones toman el camino corto a través del espacio. Un cuerpo masivo dobla el espacio a través de la gravitación para que los fotones puedan curvarse a su alrededor.

Porque no interactúan con las fuerzas gravitacionales cuando se habla de lentes gravitacionales. Siguen el camino en el espacio-tiempo que está distorsionado por la masa presente.

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