¿La gravedad tiene algún efecto sobre la luz?

Discutamos primero la teoría general de la relatividad de Einstein.

Para que podamos imaginarlo, pensemos en un sistema de coordenadas 3D en el que los ejes X e Y son dimensiones espaciales y el eje Z es el tiempo (piense en un espacio 2D y el tiempo como la tercera dimensión).

Imagine un punto estacionario en el plano xy. En nuestro sistema 3D (que es este plano, que se mueve con una velocidad constante en la dirección del eje t), este punto se mueve en línea recta paralela al eje del tiempo con velocidad constante .

Ahora imagine que nuestro punto comienza a moverse en el plano xy con una velocidad constante en cualquier dirección. en nuestro sistema 3D nuestro punto se mueve en una línea recta no paralela al eje t .

En la relatividad general, cuando no hay masa alrededor , todo (cada punto del espacio) siempre se mueve en línea recta con una velocidad constante en el espacio-tiempo 4-D (porque la estructura del espacio-tiempo está en línea recta y es no doblado ni curvado). Esto explica la causa de la primera ley de movimiento de Newton que establece que “cada masa mantiene su velocidad cuando no se le aplica fuerza; si se mueve, continuará moviéndose a una velocidad constante en línea recta y si no se mueve, lo hará permanecer estacionario “.

Cuando hay una masa presente, la masa hace que el tejido del espacio-tiempo se doble o curve. Entonces, todo a su alrededor se moverá a través de la línea de curvatura alrededor de la masa con una velocidad constante en el espacio-tiempo 4D . Esto es lo que hace la gravedad; Observamos que todo se mueve con una velocidad de aceleración con una aceleración creciente hacia el centro de la masa.
Esto se explicó como una fuerza llamada gravedad que actúa sobre las masas que hace que las masas se muevan con una velocidad de aceleración con [matemáticas] a = \ frac {F} {m} [/ matemáticas] donde [matemáticas] F = G \ frac {M_1. M_2} {r ^ 2} [/ math] de acuerdo con la segunda ley de movimiento de Newton y la ley universal de la gravedad .
La Tierra se mueve en una línea ligeramente curva en el espacio-tiempo 4D. La sombra de esta línea curva es la órbita elíptica de la Tierra alrededor del sol en nuestro mundo 3D.

El camino más corto entre dos puntos es una línea recta. Cuando un objeto se mueve en una línea curva en el espacio-tiempo 4D, tendrá que moverse una distancia mayor que la ruta habitual, por lo que hace que llegue a su destino más tarde y esta es la causa de la dilatación del tiempo gravitacional ( desaceleración de el tiempo ) alrededor de las masas.

Tenga en cuenta que estas son solo algunas de las consecuencias de la relatividad general. La famosa [matemática] e = mc ^ 2 [/ matemática] es otra consecuencia de la relatividad (la relatividad especial para ser exactos).

En física clásica , la luz no se ve afectada por la gravedad porque no tiene masa. Pero, en general, la relatividad debería doblarse con el tejido del espacio-tiempo (porque el espacio mismo está doblado) alrededor de las grandes masas. De hecho, esta fue la primera predicción y la primera observación a favor de la relatividad general. Flexión de la luz de las estrellas que pasan cerca del Sol y cambio de su posición aparente en el cielo observada en un Eclipse . Ver Arthur Eddington y Frank Watson Dyson.



Espero que esto haya sido interesante.

Esto se aborda varias veces en Quora, pero intentaré una respuesta súper simple para ambos.

El camino de la luz está doblado / dirigido por la gravedad.

La teoría de la relatividad se explica por varias cosas, pero trataré de alcanzar la más relevante aquí. La velocidad de la luz es la velocidad máxima de las cosas en el universo. Tienes energía finita para dirigir hacia el viaje a través del espacio O el tiempo, y a medida que aumentas tu velocidad a través de una, la disminuyes en la otra (más o menos). Entonces, cuanto más te acercas a moverte por el espacio a la velocidad de la luz, más lento te mueves a través del tiempo. Excepto que no puedes decir esto, porque estás en tu propio marco de referencia. Para ti, el tiempo parece normal. Pero para alguien que lo observa desde la distancia, pasa muy rápido, pero su reloj se mueve muy lento. Piense en esto como viajar en un automóvil en la carretera … No siente que se está moviendo tan rápido o que el tiempo ha cambiado, pero para alguien que camina por la carretera, pasa rápido y el tiempo se mueve un poco más lento para usted.

TODO se mueve a través del ESPACIO a la velocidad de la luz (constante universal), pero eso siempre se divide entre el viaje espacial y el viaje en el tiempo. Solo la luz se mueve SOLO en el espacio; por lo tanto, no se mueve a través del tiempo y gasta toda su energía moviéndose a la velocidad máxima a través del espacio. La luz siempre se mueve en la constante universal. No importa cuál sea su marco de referencia, la velocidad de la luz sigue siendo la misma. Es la experiencia del tiempo que cambia (para los observadores fuera de su marco de referencia).

Newton pensó que solo los objetos con masa podrían producir una fuerza gravitacional entre sí. Según la teoría de Newton, la fuerza de la gravedad no debería afectar a la luz. Einstein descubrió que la situación es un poco más complicada que eso.

Primero descubrió que la gravedad es producida por un espacio-tiempo curvo. Entonces Einstein teorizó que la masa de un objeto realmente curva el espacio-tiempo. La masa está vinculada al espacio de una manera que los físicos de hoy todavía no entienden completamente. Sin embargo, sabemos que cuanto más fuerte es el campo gravitacional de un objeto, más deformado está el espacio alrededor del objeto. En otras palabras, las líneas rectas ya no son rectas si se exponen a un campo gravitacional fuerte; en cambio, son curvas.
Dado que la luz normalmente viaja en un camino en línea recta, la luz sigue un camino curvo si pasa a través de un campo gravitacional fuerte. Esto es lo que se entiende por “espacio curvo”, y es por eso que la luz queda atrapada en un agujero negro. En 1919, un equipo dirigido por Sir Arthur Eddington demostró la teoría de Einstein cuando observaron la inclinación de la luz de las estrellas cuando viajaba cerca del Sol. Esta fue la primera predicción exitosa de la Teoría general de la relatividad de Einstein.

Una forma de imaginar este efecto de la gravedad es imaginar una lámina de caucho estirada. Imagina que pones una bola pesada en el centro de la sábana. El peso de la pelota doblará la superficie de la hoja cerca de ella. Esta es una imagen bidimensional de lo que la gravedad hace al espacio-tiempo en cuatro dimensiones. Ahora tome un poco de mármol y envíelo rodando de un lado de la lámina de goma al otro. En lugar de que la canica tome un camino recto hacia el otro lado de la hoja, seguirá el contorno de la hoja que está curvado por el peso de la pelota en el centro. Esto es similar a cómo el campo de gravitación creado por un objeto (la bola) afecta la luz (la canica).

Ref: hubblesite. Org

Bajo la mecánica newtoniana:

Si considera que la luz tiene una naturaleza de partículas que tiene una masa my viaja con velocidad c. La luz se verá afectada por la gravedad, ya que Newton consideró que solo los objetos con masa podrían producir una fuerza gravitacional entre sí.

Si considera que la luz tiene una naturaleza ondulatoria, no se verá afectada por la gravedad a menos que se cambie su frecuencia. Entonces, en la naturaleza ondulatoria de la luz, se exceptúa que la luz no se ve afectada por la gravedad.

Bajo la teoría de la relatividad general de Einstein:

Se considera que la gravedad es el resultado del espacio-tiempo curvo. Por lo tanto, cuanto más fuerte es el campo gravitacional de un objeto, más deformado está el espacio alrededor del objeto.

Al igual que la luz queda atrapada dentro de un agujero negro.

Entonces, según la relatividad general de Einstein, la gravedad afecta a la luz, el doble de lo que afectaría en el caso de la mecánica newtoniana.

Sí, la gravedad influye mucho en la luz. Según la teoría general de la relatividad de Einstein, la masa causa distorsiones en el tejido del espacio-tiempo. Por lo tanto, cuando la luz viaja cerca de un objeto muy pesado, esta distorsión provoca un cambio en su trayectoria. Este efecto se llama ‘lente gravitacional’.
La lente gravitacional ha estado a la vanguardia de la investigación científica y es uno de los únicos fenómenos observables que explican la existencia de materia oscura.

Sí, la gravedad puede tener un efecto sobre la luz. Como se demostró al ver la posición de las estrellas durante un eclipse solar, o al observar los efectos de galaxias distantes como la Cruz de Einstein.

Explicar la teoría de la relatividad de Einstein podría llevar un poco más de tiempo …

marca

Si.

GR es muy complejo. Relatividad general