¿Cómo puede explicarse la fuerza de la gravedad únicamente por la deformación del espacio-tiempo en masa? Si la masa deforma el espacio-tiempo, ¿no necesitamos una fuerza que haga que la masa siga de manera previsible el camino del espacio deformado?

La representación típica de la gravedad es así:

Como ayuda visual, esto podría funcionar como una demostración conceptual muy preliminar de la gravedad, pero si piensas en esto, no tiene sentido. Aquí es por qué.

1. El peor error es que usa la gravedad para tratar de explicar la gravedad. Si acepta que esta es una demostración de qué es la gravedad y cómo funciona, ¿qué hace que la bola roja ruede por la pendiente curva? Si dices gravedad, entonces esto no explica nada. Si no dices gravedad, ¿qué fuerza hace que se mueva en el plano curvo?
2. Esta imagen de demostración tiene una subida y bajada muy definidas. El plumón está en el fondo de ese pozo de gravedad. El arriba es la dirección opuesta. Pero no hay arriba o abajo en el espacio y los objetos pueden ingresar al campo de gravedad desde cualquier dirección. Si dice que la bola roja rueda “hacia abajo” en el plano curvo del espacio-tiempo, ¿qué sucede si pone esto al revés? ¿Por qué la bola roja rodaría “hacia abajo” hacia la parte inferior de la curva en forma de embudo si no quiere gravedad o alguna fuerza atractiva en la parte inferior de esa curva?
3. En realidad, ¿no debería la representación de esta imagen mostrar el plano del espacio-tiempo que pasa por el centro de la tierra ya que ese es el “centro de gravedad”? Si la bola roja no tuviera suficiente velocidad para pasar hacia arriba y fuera del espacio curvo, “caería” hacia el centro de la tierra, no hacia el fondo de ese plano distorsionado del espacio-tiempo.
4. Si la tierra no giraba y si un objeto se mantenía estacionario sobre la tierra, a cualquier distancia, y luego se solta, caerá en línea recta hacia la tierra. Sin curva, sin inclinación.
5. Si el objeto se mueve en cualquier dirección tangencial cuando queda atrapado en la gravedad de la Tierra, intentará continuar a lo largo de su camino además de ser atraído hacia la Tierra, una combinación de dos vectores de fuerza que dan como resultado una tercera nueva dirección de movimiento. Esto da como resultado un camino curvo. Si se mueve muy rápido, se curvará brevemente hacia adentro y luego continuará por un nuevo camino, la forma en que usamos los planetas para lanzar nuestras sondas espaciales. Si la gravedad es muy fuerte, como la de una estrella, o si la velocidad del objeto es demasiado lenta, el objeto caerá en espiral y se estrellará contra la estrella.
6. Aunque hay más que esto, la idea de una depresión en el plano del espacio-tiempo como explicación de la gravedad es inexacta y no necesaria. En lugar de invocar algunas distorsiones complejas del espacio-tiempo, funciona perfectamente bien suponer que dos masas tienen una fuerza atractiva llamada gravedad (muy parecida a dos imanes) que puede atraer objetos cercanos. Alterará el camino de los objetos en movimiento (de acuerdo con las leyes de movimiento de Newton).

Tenga en cuenta que no invoco distorsiones espacio-temporales como resultado de la relatividad general o especial a medida que los objetos se acercan a la velocidad de la luz. Ese es un juego completamente diferente.

La gravedad no puede explicarse deformando el espacio-tiempo en masa.

Esto no es lo que propone la relatividad general.

La analogía popular de que el espacio-tiempo es como una lámina de goma falla exactamente como lo has notado: todavía hay otra fuerza para hacer que la analogía funcione.

Cualquier analogía puede llevarse demasiado lejos.

En GR, la gravedad se describe como un artefacto de la forma en que funciona la geometría.

Dos líneas que cruzan una tercera línea por el mismo ángulo se consideran líneas paralelas. Sin embargo, si hace esto en una superficie curva y extiende esas líneas, encontrará que eventualmente se cruzan.

Pero no hay fuerza que junte las dos líneas, ese comportamiento es un artefacto de la curvatura de la superficie.

Esta analogía con una superficie 2D en un espacio 3D todavía tiene fallas. Se supone que el espacio-tiempo no está incrustado en un espacio-tiempo> 5D. Más bien, la curvatura en cuestión es intrínseca.

Aquí hay otra … imagina una habitación con un laboratorio de física pero sin forma de llegar al mundo exterior. Un investigador monta un láser en una pared y hace que dispare un pulso, horizontalmente, en la pared opuesta para que deje una marca de quemado. Mediante una cuidadosa medición, se descubre que la marca de quemado es ligeramente más baja que el láser.

Es como si hubiera una fuerza que actuara sobre el pulso de la luz causando su caída. ¿Gravedad? Se ajusta a la definición …

Alguien fuera de la habitación, al ver esto, se da cuenta de que la habitación está acelerando “hacia arriba”. El pulso parece caer porque la habitación se movió entre el momento en que el láser disparó y el pulso golpeó. No había fuerza en la luz, aunque habría habido una en la habitación.

Nuestra incapacidad para distinguir la diferencia entre estas dos situaciones es lo que da lugar al modelo GR. Pero todavía tiene una fuerza externa … ¿cómo podemos saber si hay una fuerza externa o no? Es decir, desde el interior de la caja?

Las analogías serán defectuosas en alguna parte … si pudiéramos hacer física por analogía, no necesitaríamos todas estas matemáticas complicadas.

Lo que espero mostrarles es que no es necesario que haya una fuerza presente para que los objetos sigan trayectorias curvas, e, incluso si hay una presente, no es necesario que actúe sobre el objeto siguiendo la trayectoria curva.

En la relatividad general no hay fuerza de gravedad. Toma la primera ley de Newton, que un objeto sin fuerzas que actúan sobre él continúa en movimiento uniforme (recto, velocidad constante) y lo generaliza al espacio-tiempo curvo. Entonces, cuando aprendiste la primera ley de Newton, ¿preguntaste, no necesitamos una fuerza que haga que la masa siga el camino del movimiento uniforme de manera predecible? Tal vez si eras Aristóteles lo hiciste, porque pensó que necesitabas una fuerza para mantener un objeto en movimiento; de lo contrario se detendría. Entonces, ¿es esto una regla arbitraria, una ley de la naturaleza?

Es un poco más que eso. Queremos que nuestras teorías se apliquen en todo momento y lugar. Eso significa que nuestras leyes de la física no deben depender de ubicaciones particulares, que tienen simetría traslacional. En 1915, Emmy Noether (la mejor matemática femenina) demostró que por cada simetría física hay una cantidad conservada correspondiente y viceversa. Por lo tanto, el movimiento uniforme corresponde al movimiento libre de fuerza porque se conservan el impulso y la energía. La extensión de esto al espacio-tiempo curvo es que el movimiento libre de fuerza corresponde a seguir una geodésica, un camino de duración máxima (debido al signo menos en la métrica de Lorentz) en lugar de una distancia mínima.

Sí, explicar la gravedad mediante la deformación del espacio-tiempo es exactamente lo que hace la relatividad general, y es la teoría de la gravedad más exitosa que conocemos.

Para entender cómo funciona, puede comenzar observando que las ondas (luz, sonido, etc.) siempre siguen el camino en el que hacen la menor o la mayor cantidad de oscilaciones. (Este hecho puede explicarse aún más por interferencia, pero aceptemoslo como el punto de partida). Voy a dar una respuesta simplificada suponiendo campos gravitacionales débiles y cámara lenta, como el movimiento de una pelota en la Tierra.

“Deformación del espacio-tiempo” significa que el tiempo avanza más rápido si estás más arriba en un campo gravitacional. La velocidad a la que pasa el tiempo aumenta en un factor de [matemática] 1 + gx / c ^ 2, [/ matemática] donde g es la aceleración de la caída libre, x la altura medida en relación con su reloj de referencia y c la velocidad de luz.

También recuerde que en la relatividad especial, el tiempo avanza más lentamente para los relojes en trayectorias en movimiento, por un factor de [matemáticas] \ sqrt {1-v ^ 2 / c ^ 2} \ aprox 1- \ tfrac 12 v ^ 2 / c ^ 2. [/ math] (La última expresión es una aproximación para velocidades pequeñas). Esto es famoso como la paradoja gemela.

Ahora imagine que tiene dos relojes y tiene la tarea de mover un reloj durante un segundo, de modo que muestre la máxima diferencia posible con el otro reloj, que mantiene en reposo, cuando regrese.

Mover el reloj hacia arriba parece una buena idea, porque eso acelerará su tiempo. Pero moverlo muy alto y devolverlo después de un segundo significa que necesita moverlo a alta velocidad, y la paradoja gemela nos dice que esto reducirá la velocidad.

Resulta que la ruta óptima, la que produce la mayor diferencia, es la de caída libre, [matemática] x (t) = v_0 t- \ tfrac 12 gt ^ 2. [/ Matemática] La diferencia de tiempo puede ser calculado por una integral simple:

[matemáticas] \ int_0 ^ {2v_0 / g} \ left (1+ \ frac {gx (t)} {c ^ 2} – \ frac 12 \ frac {v ^ 2} {c ^ 2} \ right) dt = \ frac {v_0 ^ 3} {3 c ^ 2 g}. [/ math]

Combina esto con el hecho de que la materia se comporta como ondas en la mecánica cuántica, y que las ondas toman el camino de las oscilaciones extremas, y tienes la respuesta.

La teoría de la relatividad general generaliza lo anterior. El camino del tiempo máximo puede ser derivado por las ecuaciones de Euler-Lagrange y se llama “geodésica”.

PD: Algunas personas argumentarán que está mal llamar a la gravedad una fuerza. En un entorno técnico, como un curso sobre relatividad general, son correctos y la diferencia entre una fuerza y ​​un movimiento geodésico es clara y relevante. Pero la gravedad sigue siendo lo que hace que un ladrillo caiga y lo que hace que me duela el pie después, y en un entorno menos técnico, estoy de acuerdo en llamarlo una fuerza.

Si la masa deforma el espacio / tiempo, ¿no necesitamos una fuerza que haga que la masa siga de manera predecible el camino del espacio deformado?

Esta es una pregunta que ilustra la pseudo física que puede producir un enfoque matemático.

El OP desafía correctamente la falta de una fuerza desequilibrada que debería unirse a las geodésicas de GR establecidas en el espacio / tiempo. La idea de que la materia crea curvatura en lo que proporciona realidad al espacio es un concepto físico correcto. Aun así, es necesario suministrar una fuerza desequilibrada para hacer cumplir la aceleración y la naturaleza suministra esa fuerza desequilibrada en forma de gravitación que GR no permite.

La pseudo física antes mencionada está respaldada por más física pseudo matemática, que toma la forma de Energía Potencial Gravitacional, supuestamente permitiendo una conservación del momento, mientras la Tierra se acelera hacia el Sol. Toda fuerza desequilibrada que se origina del efecto gravitacional requiere una contabilización instantánea. La naturaleza no emite pagarés para que la energía se reembolse en una fecha posterior. A pesar de ese hecho, la Energía Potencial Gravitacional se devuelve más tarde cuando la Tierra se ha alejado del Sol. En ese sentido, el efecto termodinámico gravitacional o GTE explica con precisión el fenómeno físico al que nos referimos como gravitación. De este modo, proporciono una razón vital para que la comunidad científica al menos evalúe mi trabajo de vida.

Hasta la fecha, no se ha comprado una copia del libro de 170 páginas titulado “Naturaleza fundamental de la materia y los misterios asociados”. Tal es el interés en la naturaleza dinámica fundamental de la física.

Las líneas de campo espacio-temporales se distorsionan significativamente por una gran masa que crea un efecto sifón. En resumen, lo que resulta es un espacio curvilíneo alrededor de la masa que establece líneas inclinadas hacia abajo que resultan en un campo tensor naturalmente. Cualquier masa más pequeña atrapada en este campo rodará por este ‘sifón’ de espacio curvo más o menos como caen las monedas o bolas cuando se liberan en la superficie exterior de un embudo grande. Ellos tenderán a rodar hacia abajo. Ahora la fuerza generada depende del grado de curvatura del espacio, en esencia, la extensión de la masa presente. Esta fuerza es la misma fuerza dada por la ecuación de Newton de la gravitación universal. Las ecuaciones de campo de Einstein de la teoría general de la relatividad se reducen a las ecuaciones de Newton para la mayoría de los cálculos regulares. Esto es lo que muestra la gran conexión entre Einstein y Newton y el genio de estos dos gigantes … Kaiser T, MD

En mi opinión, este parece ser el problema clásico que surge de pensar en el espacio-tiempo como la lámina de goma utilizada en tantas demostraciones de gravedad … con una bola pesada que deforma la lámina de goma, etc.

Porque en ese tonto ejemplo para explicar la gravedad, ¿necesitas qué? Sí, necesitas GRAVEDAD (de la Tierra) para que las bolas deformen la “lámina de goma del espacio-tiempo” y también la sigan.

Mi sugerencia es olvidar la analogía de la lámina de goma.

El espacio-tiempo no es un “medio”.

Piensa en lo que significa deformar el espacio-tiempo. Quiero decir … esas dos palabras … espacio Y tiempo.

Significa que la masa está deformando las “UNIDADES” de tiempo (segundos, horas, lo que sea) y “ESPACIO” (longitud, metros, altura, etc.)

Este cambio de las métricas de tiempo y distancia causa … ACELERACIÓN hacia el centro de la distorsión espacio-tiempo.

No soy físico, pero así lo entiendo. ¿Quizás algún físico pueda mejorar (o desacreditar) mi respuesta?

Si ata una pelota a una cuerda (independientemente de la masa y la densidad) y la hace girar muy rápido, luego pare, la bola seguirá girando por un tiempo y finalmente se detendrá. Así es como entiendo la teoría de la relatividad general de Einstein. En el experimento de la pelota, deforma el aire causando un vacío parcial, por lo que escuchará el sonido giratorio a medida que la pelota gira. La pelota es impulsada hacia afuera por una fuerza repulsiva transmitida a través de la cuerda hacia la pelota, en el contexto de la tierra, imagina esto como la fuerza entre el sol y la tierra. También hay inercia (tendencia de un objeto en movimiento a permanecer en movimiento) que te hace sentir como si la pelota fuera empujada hacia afuera. Todos estos factores y más le permitirán visualizar una sola órbita de la pelota. Ahora yuxtaponga este concepto a la teoría de la gravedad de Einstein. Excepto en este contexto, la energía es constante, los dos objetos (sol y tierra) son más o menos esferoidales, estos factores permanecen relativamente constantes y la tierra no puede caer de su órbita. Solo soy un entusiasta de la física, pero espero haber arrojado algo de luz sobre su pregunta.

¡Felicidades! Tienes razón en que hay un defecto grave en el concepto de Einstein.

El gran problema con las teorías de Newton y Einstein es que, aunque operan satisfactoriamente matemáticamente, ninguno de ellos podría proporcionar un mecanismo por el cual operan. En el caso de Newton, inventó una noción fantástica de que cada átomo en el universo tiene una atracción instantánea hacia cualquier otro átomo en el universo, independientemente de la distancia. No pudo sugerir un mecanismo por el cual esto se efectuó. De manera similar, en el caso de Einstein, inventó el concepto ficticio de un continuo espacio / tiempo y postuló que la presencia de materia lo distorsionaba. No pudo proporcionar un mecanismo por el cual se lograra la distorsión.

En 1978 presenté el primer artículo sobre ondas gravitacionales a New Scientist, en el que le expliqué cómo las ondas gravitacionales en realidad afectan la materia y la unen y conducen los cuerpos uno hacia el otro. No es difícil, una vez que empiezas a pensar lateralmente. entonces, si realmente desea una respuesta a su pregunta y aprender cómo funciona realmente, solicite una copia de mi documento.

Si desea saber cómo las ondas gravitacionales atraviesan la materia y hacen que los cuerpos se muevan uno hacia el otro, envíe un correo electrónico a [email protected] y solicite una descarga gratuita del documento de Peter Roberts sobre la presión gravitacional. Lea mi periódico y vea si está de acuerdo conmigo. Los moderadores de Quora han acordado que se le permite solicitar una copia de este documento académico. Entonces, adelante como lo han hecho otras personas. Otros destinatarios han sido muy agradecidos.

No, suponiendo que no haya fuerzas externas, los objetos en caída libre seguirán la geodésica. Como es de esperar, estos caminos obedecen la ecuación geodésica y representan caminos extremos a través del espacio-tiempo. La geodésica se desvía de las líneas rectas en el espacio curvo, que es lo que vemos como efectos gravitacionales. No se necesita fuerza.

Debemos entender que la gravedad clásica, en la escala de Newton, es una fuerza atractiva entre dos masas, esta fuerza se debe al campo gravitacional debido a la masa, esta fuerza. De este campo es llevado por un bosón llamado gravitón, a la masa afectada? Pero en la escala astronómica o cosmológica, el concepto de gravedad tiene un significado físico diferente, es más general. Esto define bien la gravedad como una curvatura del tejido del espacio-tiempo debido al tensor de energía-momento de tensión, los objetos celestes siguen la curvatura hecha por ¡Objeto masivo, solo siguiendo la carretera curva alrededor de una montaña pero en el espacio! Observe las respuestas para obtener más beneficios.

La gravedad no es una cuerda invisible que te jala, lo primero que debes entender. La gravedad es en realidad la tendencia natural de un objeto a seguir la curvatura en el espacio y el tiempo. Imagine el espacio como una tela, puede deformarse y hacer todo tipo de locuras. Si no se altera, los objetos en el vacío viajarán a través del espacio en línea recta. Ahora, cuando el espacio-tiempo es curvo debido a la masa de un objeto, la línea recta que el objeto normalmente sigue, es curva. Así que piense en el espacio como lo que le dice al objeto a dónde ir.

Si mi propuesta fuera correcta, y el espacio-tiempo fluye hacia la materia, entonces se curvará en presencia de, digamos, un planeta. Todavía podríamos usar la analogía de la lámina de goma, pero en 3D, (lo mejor es pensar en eso como una matriz de goma), todo el espacio-tiempo local se curva en la masa en ángulos proporcionales a la distancia. Acércate y se volverá perpendicular a la superficie (más cercana) de la esfera.

El flujo de entrada estaría limitado por la velocidad de escape, y funcionaría sin problemas sin verse afectado por las otras fuerzas. Quiero decir, las tres fuerzas. 😉

Hasta ahora me he preocupado principalmente por “¿a dónde va todo este espacio-tiempo?”, Pero ahora, la sugerencia de que el Universo está cambiando de escala ( además de expandirse) ha ganado más credibilidad. Esto superaría ese obstáculo. Bien, ahora eliminemos las otras seis millones de objeciones, y tendré una hipótesis aceptable.

No, no lo creo , es solo que cumple con GR y es más intrigante a pesar del modelo bastante mecanicista.

No, no necesitas una fuerza. La masa ya se está moviendo a través del espacio y ya tiene fuerza. Y debido a que la masa deforma el espacio en las carreteras, la masa voladora tiene que seguir esas carreteras deformadas.

Todo en el espacio se mueve. La masa quiere ir en línea recta, pero no puede si la masa se está moviendo cerca de un planeta porque ese planeta obliga al espacio a curvarse, y la masa simplemente sigue la curva. Tienes que seguir las carreteras curvas en el espacio.

Meh ¿Qué fuerza (?) Usa la masa para deformar el espacio-tiempo de la manera que lo hace? Tenga en cuenta que esta no es una deformación simple porque la ruta depende de la dirección, es decir, un reflejo a lo largo de la ruta sigue una ruta diferente. La urdimbre viaja en C, lo que sugiere que puede verse como un campo de propagación con algo de energía asociada. Cuando una masa interactúa con ella, la fuerza, el momento, la energía se intercambian y se puede / debe formar algún tipo de onda de retroceso para pasar una interacción de regreso a la fuente. Cómo funciona esto tanto para la luz como para la masa ordinaria es muy complicado. Que te diviertas.

La distorsión del espacio-tiempo actúa como una especie de “tensión”, que causa “diferencia de tensión” en diferentes partes de un objeto. Esta diferencia de tensión se combinará en una fuerza llamada gravedad. Es como un grano de jabón sumergido en el agua.

En el espacio-tiempo curvo, el camino seguido por un objeto inercial es una línea recta.

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No, es un ciclo de retroalimentación entre masa y espacio-tiempo. La masa le dice al espacio-tiempo cómo estirarse y el espacio-tiempo le dice a la masa cómo moverse.

No. Porque es el estado natural de los objetos continuar en reposo o continuar moviéndose de manera constante.