Algunas preguntas sobre la teoría de Einstein sobre la gravedad

Cuando hablamos de la flexión del espacio, a menudo lo visualizamos con materia, como una lámina de goma. Como señalaste, el espacio no está hecho de materia, por lo que la realidad tiene que ser algo diferente a la simple metáfora. Un enfoque para comprender por qué decimos "curvas espaciales" es observar los efectos de la relatividad que podemos observar. Luego podemos comparar a aquellos que saben lo que sucede cuando estiras o doblas una hoja de material, y ver por qué esa metáfora es tan útil.

Si disparo dos rayos láser perfectamente paralelos entre sí, nunca deberían cruzarse, ¿verdad? Esa es la definición de líneas paralelas... o debería decir es casi la definición de líneas paralelas. Es la definición de paralelo en un espacio euclidiano , también conocido como un espacio plano. En la práctica, esto no es realmente lo que sucede. En el espacio real, encontramos que dos rayos que parecían paralelos cuando comenzaron pueden intersecarse. Llamamos a este efecto lentes gravitacionales :

Este es un hecho real y observable de la naturaleza (la imagen de arriba está tomada del telescopio espacial Hubble, y la espectroscopia confirma que, de hecho, estamos viendo múltiples imágenes de la misma galaxia y del mismo cuásar). Es tan real como el hecho de que la luz se desvía cuando atraviesa una lente de vidrio.

Entonces, cuando tratamos de modelar este efecto, encontramos que los comportamientos que vemos son de naturaleza casi idéntica a lo que sucedería si el espacio-tiempo fuera una "cosa" y se estirara. De hecho, capturamos esto en un concepto de "curvatura" del espacio, pero intuitivamente, la curvatura tiene efectos tan similares a los de la curvatura creada cuando estiras una hoja de goma que nos gusta decir que el espacio "se estira". Es una metáfora efectiva que captura todos los comportamientos que realmente vemos.

En esta imagen, estamos tratando de capturar el efecto 3d de la curvatura del espacio con una superficie 2d porque es más fácil para nosotros mostrarlo físicamente. En el caso 'a', donde hay masas, un fotón puede viajar en línea recta que no se curva. En 'b', hay una masa que distorsiona el espacio-tiempo. Ignore la masa en sí por un momento (explicaremos por qué se muestra de esa manera en unos momentos), solo concéntrese en la cuadrícula de espacio-tiempo detrás de ella. Podemos ver que esa distorsión hace que la trayectoria del fotón se desvíe.

Ahora normalmente mostramos este tipo de imagen con una masa encima, como vemos aquí. ¡¿Que rayos significa esto?! La respuesta es simplemente que es conveniente mostrarlo de esta manera. Resulta que las distorsiones que vemos en el espacio-tiempo son matemáticamente similares a las distorsiones que vemos cuando pones una masa sobre una lámina de goma y la dejas estirar. Para muchos, esta es una imagen natural y les ayuda. Les da algo en su vida diaria con lo que pueden relacionarse. Para otros, plantea preguntas existenciales, como la tuya.

Ahora, en cuanto a "ignorar la gravedad newotniana", no es que la estemos ignorando, es que estamos explicando las observaciones de una manera diferente. Nunca observamos directamente la gravedad netwtoniana. En realidad no es una cosa física; es un modelo Para muchas observaciones (especialmente las de los planetas), la gravedad newtoniana es muy efectiva para modelar el movimiento que vemos.

La gravedad relativista explica exactamente los mismos comportamientos usando un modelo diferente. Lo explica usando las ideas de estirar el espacio y distorsionar el tiempo. En casos simples (como a velocidades bajas y masas del tamaño de un planeta), las dos ecuaciones producen casi exactamente las mismas ecuaciones. Simplemente llegaron a esas ecuaciones de diferentes maneras. Sin embargo, el camino que toma la relatividad de Einstein también hace un muy buen trabajo al explicar lo que vemos a altas velocidades. La gravedad newtoniana falla en este dominio; da malas predicciones.

El punto de esto es que la relatividad y la gravedad newtoniana modelan los mismos sistemas y las mismas observaciones. El modelo de Newton es válido en algunos dominios y la relatividad es válida en un dominio mayor. Si está haciendo cosas simples, normalmente puede usar el modelo simple. Si está haciendo cosas que son muy sensibles a la gravedad, es posible que deba usar un modelo más avanzado, como el presentado por la relatividad.