¿Cómo se puede explicar la matemática de cómo se comporta el campo electromagnético en presencia de una fuerte gravedad?

No está claro qué se entiende por “explicar las matemáticas”, pero el procedimiento general es sencillo, incluso si los detalles no lo son.

Comenzamos con la descripción matemática general del espacio-tiempo, las ecuaciones de campo de Einstein en ausencia de una constante cosmológica, que relacionan la curvatura (a la izquierda del signo igual) con la energía de estrés (a la derecha del signo igual):

[matemáticas] G _ {\ alpha \ beta} = R _ {\ alpha \ beta} – \ dfrac {1} {2} R g _ {\ alpha \ beta} = 8 \ pi G \ cdot T _ {\ alpha \ beta} [ /matemáticas]

Para el campo electromagnético tenemos el tensor de energía de estrés habitual

[matemáticas] T _ {\ alpha \ beta} = \ dfrac {1} {4 \ pi} \ left (F _ {\ alpha \ beta} F {_ {\ beta}} ^ {\ mu} – \ dfrac {1} {4} F _ {\ mu \ nu} F ^ {\ mu \ nu} \, g _ {\ alpha \ beta} \ right) [/ math]

y esto se sustituye en las ecuaciones de campo con la ecuación resultante conocida como las ecuaciones de Einstein-Maxwell. En un sentido simple, usamos estas ecuaciones para describir cómo se comportan los campos electromagnéticos en campos gravitacionales fuertes.

Encontrar soluciones exactas y solo los detalles de cómo estos términos se definen y usan rigurosamente es algo que se aprende en la escuela de posgrado, no algo que se pueda describir aquí. Puede ver aquí algunos detalles La gravitación y el electromagnetismo como teoría de campo y el tema está bien cubierto en las pruebas GR estándar (Wald, MTW, Frolov / Novikov, etc.) y si tiene antecedentes, eche un vistazo a Black Holes : El paradigma de la membrana (The Silliman Memorial Lectures Series): Kip S. Thorne, Douglas A. MacDonald, Richard H. Precio: 9780300037708: Amazon.com: Libros

Una vez más, no estoy seguro de lo que se está preguntando, pero es el caso de que no sea responsable en este foro.

Clásicamente es bastante sencillo. Hay que resolver las ecuaciones de Einstein-Maxwell para un espacio-tiempo con una métrica de Riemann para obtener el campo electromagnético en un espacio-tiempo curvo o no euclidiano. Aquí el término de Maxwell actúa como el campo fuente de la gravedad.

Para el caso cuántico, la situación es mucho más complicada. La ecuación inicial es la misma que en el caso clásico: la ecuación de Einstein-Maxwell con una métrica de Riemann, pero ahora uno tiene que cuantificar esta ecuación para obtener una teoría coherente de la gravedad cuántica con solo el campo electromagnético como campo fuente.

Deser y Niewenhauser mostraron por primera vez en 1974 que esta ecuación es perturbativamente no renormalizable, incluso para 1 bucle de Feynman. ¡La situación no ha cambiado mucho en los últimos 42 años!

Como se sabe, el campo electromagnético es aproximadamente 10 ^ 38 más fuerte que el campo gravitacional, lo que significa que el efecto de la gravedad es demasiado pequeño en relación con el campo electromagnético, puede ignorarse. El campo electromagnético descrito matemáticamente por las conocidas ecuaciones de Maxwell (8 ecuaciones ), mientras que la gravedad es descrita clásicamente por la ecuación de Newton, que depende de las masas e inversamente de la distancia al cuadrado, o relativistamente descrita por la ecuación de campo de Einstein9 para las masas a gran escala, como en la física cosmológica.

¿Respuesta corta? La gravedad deforma el espacio, que deforma el campo. Primero modela cómo la gravedad cambia la geometría del espacio, luego analiza cómo la geometría modificada afecta la estructura espacial del campo E / M.

More Interesting

Cómo encontrar el tiempo que se dedica a cubrir una distancia específica para la gravedad donde la aceleración depende de la distancia

¿La gravedad de un planeta es directamente proporcional al peso del planeta (p. Ej., Masa de la Tierra = 9.8 g)?

¿Qué tan factible es la torre Analemma?

¿Qué se considera cierto sobre la fuerza entre los cargos?

Si Newton sabía que algo andaba mal con la gravedad, ¿por qué sus resultados eran tan correctos?

¿Existen fuerzas de tracción? En la escuela aprendemos que una fuerza es empujar o tirar de un objeto, pero no puedo tirar de una manija sin envolver mi mano y empujar desde el otro lado. ¿Es la gravedad solo la ausencia de un pulso de un espacio vacío?

¿Cómo se descubrieron las ondas gravitacionales?

¿Cuál es el principio detrás del equilibrio de las aves?

Al mediodía, el sol y la tierra tiran de los objetos en la superficie de la tierra en direcciones opuestas. A medianoche, el sol y la tierra tiran de estos objetos en la misma dirección. ¿Es el peso de un objeto, medido por un equilibrio de resorte en la superficie de la tierra, más a medianoche en comparación con su peso al mediodía?

¿Por qué el gas desafía la gravedad?

¿Por qué la NASA desarrolló la pluma de gravedad cero?

¿Podemos hacer que la gravitación sea cero?

¿Dónde en la Tierra pesaría más?

¿Es la Ley de gravitación de Newton un trabajo más grande que la relatividad general?

¿Se puede correr a mayor velocidad para oponerse a la fuerza de gravedad?