Todos los estudiantes introductorios de física notan la similitud formal entre la ley de gravitación de Newton y la ley de atracción eléctrica de Coulomb. Los físicos y los “filósofos naturales”, en general, han desconcertado la similitud desde principios del siglo XIX. Pero es solo el comienzo. La similitud es mucho más profunda …
En un cierto nivel de aproximación conocido como el “límite de campo lineal” de la relatividad general, el campo gravitacional obedece a las ecuaciones completas de Maxwell que se descubrieron originalmente en relación con el electromagnetismo a fines del siglo XIX. Esto implica que una corriente de masa (como el agua que fluye a través de una tubería) genera un campo magnético a su alrededor que afecta el movimiento de masas completamente análogo al campo magnético alrededor de un cable que lleva una corriente de carga. En la relatividad general, este análogo gravitacional del magnetismo se conoce generalmente como “arrastre de cuadros”. Muchos otros fenómenos electromagnéticos que pueden derivarse de las ecuaciones de Maxwell tienen analogías directas en los fenómenos gravitacionales.
Se ha dado cuenta de que estas ecuaciones de campo conocidas como ecuaciones de Maxwell representan el comportamiento de cualquier campo de fuerza cuando se aplican transformaciones relativistas. La gravitación y el electromagnetismo son casos especiales en los que el campo no tiene masa (en términos de la teoría del campo cuántico, el fotón y el gravitón hipotético son partículas de masa cero). La gravitación y el electromagnetismo tienen las mismas ecuaciones de campo porque ambos son consistentes con las transformaciones relativistas.
Tenga en cuenta que esta similitud en las ecuaciones de campo no implica de ninguna manera que el electromagnetismo y la gravitación estén relacionados (más allá de la “consistencia” mínima descrita anteriormente); no podemos “reemplazar” uno con el otro o reducirlos a un campo común.
La fuente del campo gravitacional es la energía de masa. Siempre es positivo. La fuente del campo electromagnético es la carga, que es tanto positiva como negativa. El campo gravitacional también tiene más estados de polarización. Es un campo tensorial, o en términos cuánticos, el hipotético gravitón es una partícula spin-2. El campo electromagnético, por el contrario, es un campo vectorial, o en términos cuánticos, el fotón es una partícula spin-1. Ambos campos no tienen masa, lo que implica que el fotón y el gravitón son partículas sin masa y el campo cuadrado inverso es un cuadrado inverso “puro” con rango infinito. Ambos campos también pueden generar radiación que se propaga a la velocidad de la luz, pero una vez más, el campo electromagnético genera radiación a partir del movimiento del vector de la fuente (una carga que se mueve hacia arriba y hacia abajo) mientras que el campo gravitacional requiere un movimiento “cuadrupolo” más complejo de la luz. fuente (masa en movimiento en dos dimensiones cruzadas).
Finalmente, la mayor diferencia entre el campo gravitacional y el campo electromagnético es la fuerza relativa por partícula fundamental. La fuerza gravitacional es mucho, muchos órdenes de magnitud más débil que la fuerza electromagnética. Numerosos fenómenos que pueden generarse fácilmente en un laboratorio con campos eléctricos, incluidos el magnetismo, las corrientes inducidas y la radiación EM, son imposibles de generar en un campo gravitacional con cualquier aparato artificial. El efecto de “arrastre de cuadros”, equivalente a una versión magnética del campo gravitatorio, apenas se ha detectado en observaciones de toda la Tierra, y la radiación gravitacional, análoga a la luz, permanece más allá del alcance de nuestros experimentos y observaciones.
