¿Cómo elimina la relatividad general la acción newtoniana a distancia? ¿Por la mediación de qué "portadores"?

Encontré en Wikipedia la siguiente declaración .

Desde una perspectiva newtoniana, la acción a distancia se puede considerar como: "un fenómeno en el que un cambio en las propiedades intrínsecas de un sistema induce un cambio en las propiedades intrínsecas de un sistema distante, independientemente de la influencia de cualquier otro sistema en el distante". y sin que exista un proceso que lleve esta influencia de manera contigua en el espacio y el tiempo.

Más tarde, veo en el mismo sitio,

Este problema ha sido resuelto por la teoría de la relatividad general de Einstein en la que la interacción gravitacional está mediada por la deformación de la geometría del espacio-tiempo. La materia deforma la geometría del espacio-tiempo y estos efectos, como los campos eléctricos y magnéticos, se propagan a la velocidad de la luz .

No soy bueno en relatividad general, por lo que pregunto lo siguiente: dado que los objetos celestes están en movimiento permanente, ¿emiten ondas gravitacionales de forma permanente? Si es así, deberían perder energía permanentemente. ¿Esta pérdida no debería afectar su trayectoria? O, alternativamente, ¿es una pérdida insignificante en comparación con la pérdida por otros tipos de radiación (radiación em, radiación de partículas, etc.)?

Un ejemplo práctico : imagine que un objeto viene de lejos, por ejemplo, un asteroide que se acerca a la Tierra. Mientras viaja a través del "espacio vacío*, no es acelerado (al menos, no por la Tierra). Pero, acercándose a la Tierra, hay un momento, o un intervalo de tiempo, cuando el asteroide comienza a sentir la tierra . presencia, y comienza a acelerar. ¿Cómo es eso? . Entiendo (si es que entiendo correctamente) que durante el movimiento no acelerado del cuerpo, no hay intercambio de radiación entre él y la Tierra. Entonces, ¿cómo comienza el asteroide a sentir la Tierra ? ¿Por la mediación de qué portadores?

Es un ejercicio estándar encontrar la energía radiada por un sistema de dos cuerpos. Para el sistema sol-tierra, si recuerdo correctamente, la pérdida de energía es del orden de magnitud en que el radio orbital disminuye en un radio atómico durante la vida del sol. No estoy seguro de los detalles, pero te haces una idea de lo pequeño que es el efecto para nuestro sistema solar.
@RobinEkman: ¿es un ejercicio estándar en GR? Entonces, para solucionar esto, ¿me recomiendan hacer un curso de GR? ¿Esta es tu solución?
@RobinEkman: Solo un segundo, lo que más me molestó fueron los transportistas. ¿Me dirías, el sistema Sol-Tierra pierde energía permanentemente, por el movimiento circular de la Tierra? Y, ¿esta energía se pierde por ondas gravitacionales? ¿Podrías publicar una respuesta?
Sí, la energía se pierde permanentemente por las ondas gravitatorias, debido al hecho de que el movimiento circular de la Tierra alrededor del sol crea un momento cuadripolar variante en el tiempo en la masa. El efecto es muy pequeño, como dice Robin Ekman.
@JerrySchirmer, muchas gracias, pero una pregunta: ¿el flujo gravitatorio emitido por la Tierra no tiene dirección? Tal vez lo que pregunto no tenga sentido, pero dado que la Tierra cambia de dirección, ¿no debería la emisión de la onda, una forma de conservación del momento lineal? Quiero decir, ¿la onda emitida en cada momento no debería llevar un momento lineal opuesto al cambio en el momento lineal de la Tierra en ese momento?
Dado que la tierra gira en un círculo, el flujo de cantidad de movimiento neto es cero, ya que el flujo de radiación gravitacional en enero tiene una dirección opuesta al flujo en julio. Sin embargo, resulta que PUEDE obtener transferencias netas de impulso al campo gravitacional en el caso de colisión de binarios de agujeros negros, donde la última órbita es solo media órbita, y los agujeros negros pueden ser "empujados" a velocidades superiores a la velocidad de escape. de la galaxia en la que están.
@JerrySchirmer: gracias por seguir pensando en mi problema. Pero, una pequeña objeción: parece poco probable que el impulso del flujo emitido en enero se anule con el impulso de julio. El flujo de enero se va volando con la velocidad de la luz, no se queda en la vecindad hasta julio. Y eso se combina con mi problema: si, digamos, en enero el flujo va en la dirección del asteroide, en febrero no será así. Entonces, ¿hasta el próximo año el asteroide no sentirá más la presencia de la Tierra? ¿El asteroide siente periódicamente la presencia de la Tierra? Algo es extraño aquí.
¿Por qué hablas de asteroides? la energía/momento se transfiere directamente al campo gravitacional. En el transcurso de un año completo, la transferencia de impulso neto promedia a cero.
@JerrySchirmer: Hablo de un asteroide porque el corazón de mi problema es cómo un objeto distante que se acerca a la Tierra a velocidad constante siente la presencia de la Tierra. Entendí por ti y por otras personas que la Tierra emite ondas gravitatorias. Entonces, entendí, de lo contrario no puedo imaginar cómo ese objeto distante (un asteroide en mi ejemplo) "sabe" que la Tierra se está acercando. El asteroide comienza en algún momento a acelerar debido a la atracción de la Tierra. ¿Qué mediador "informa" al asteroide distante que la Tierra se está acercando? (otra vez con agradecimiento)
Ah. Es mejor no pensar en ese bit como una onda gravitacional. Piense en ello como un campo gravitatorio estático que la Tierra arrastra consigo a medida que se mueve. Gira alrededor del sol, al igual que la Tierra. Y está ahí fuera porque siempre ha estado ahí fuera.
@JerrySchirmer: esta parece la más plausible de todas las explicaciones que obtuve hasta ahora. ¿Te molestarías en publicar una respuesta? Por favor, hazlo y ten un punto de mi parte. Y gracias por su amabilidad.

Respuestas (3)

El cuerpo masivo que se mueve cambia el campo gravitatorio (o la métrica) a su alrededor. Este cambio ocurre a la velocidad de la luz y el retraso puede ser (y fue experimentalmente) detectado. Se cree que los portadores de la información de este cambio son los gravitones (unas partículas que nadie ha detectado hasta ahora, aunque hay varias razones para creer en su existencia). La propagación del gravitón se puede considerar (como en el caso del fotón) una onda gravitatoria (u onda electromagnética en el caso del fotón).

La emisión de ondas gravitacionales consume energía. En algunos sistemas rápidos y muy, muy masivos, esto puede conducir a una pérdida sustancial de energía. El ejemplo obvio para verificar fue un sistema binario de estrellas de neutrones. Russell A. Hulse y Joseph H. Taylor, Jr. lo midieron primero en un tipo de púlsar recientemente descubierto (estrellas de neutrones) y obtuvieron un premio Nobel en 1993. Esto también fue una confirmación indirecta de la existencia de ondas gravitacionales (la medición directa no tiene ∗ hecho todavía, aunque hay varios detectores de GW en todo el mundo).

∗ Actualización: las ondas gravitacionales se han detectado directamente, cf. https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_gravitational_wave_observations

Las ondas gravitacionales son emitidas por cuadrupolos oscilantes (y momentos superiores). Compare esto con el electromagnetismo donde la radiación EM es emitida por dipolos oscilantes.

Por lo tanto, un cuerpo aislado que viaja por el espacio no emitirá ondas gravitatorias y no perderá energía. No puedo pensar de inmediato en ningún dipolo gravitatorio oscilante físicamente plausible, pero tampoco perderían energía.

Como dice Robin en un comentario, el ejemplo obvio de un cuadrupolo gravitatorio oscilante son dos masas en órbita una alrededor de la otra. Estos sí irradian energía y, de hecho, esto se ha medido para estrellas de neutrones binarias . Sin embargo, incluso en un sistema tan extremo, la cantidad de energía radiada es pequeña. Es medible solo porque tenemos dos objetos muy compactos y muy masivos que se orbitan entre sí con una alta frecuencia angular. Para objetos cosmológicos normales como estrellas binarias, sistemas solares, galaxias, etc., la tasa de emisión de ondas gravitacionales es tan baja que es completamente insignificante.

Imagina que un objeto viene de lejos, como un asteroide. Mientras viaja por el “espacio vacío*, no se acelera. Pero, al acercarse a la Tierra se acelera (¿el cuadrupolo del que hablas?) ¿Cómo, es incomprensible para mí, siente el asteroide la presencia de la Tierra? Cuando comienza la aceleración está bien, creo que hay radiación, pero en un momento determinado de su movimiento no acelerado, el cuerpo siente la presencia de la Tierra, ¿ cómo ?
@RobinEkman: ¿puedes ver mi comentario a JohnRennie? ¿Puedes pensar en ello?
¿Sabe si este argumento se basa en algún límite de campo débil en el que las ondas gravitatorias se tratan como soluciones a una ecuación de onda lineal, y que se propagan en algo cercano a un fondo plano, o es este argumento suficiente para probar que los efectos gravitatorios son delimitado por futuros conos de luz, incluso en el caso general donde la curvatura puede ser grande y las ondas gravitacionales pueden comportarse de manera no lineal? (como los 'geons' que describí en esta respuesta )

No soy un doctorado en física ni siquiera un físico, sin embargo, entiendo que todos los cuerpos en movimiento en el espacio perderán energía cinética continuamente con el tiempo.

Por ejemplo, digamos que el universo consiste en un vasto vacío y un cuerpo planetario en movimiento. Ese cuerpo perderá continuamente energía cinética con el tiempo. ¿Por qué? No estoy seguro. Quizás las partículas virtuales tendrían algo que ver con eso.

De acuerdo con la teoría cosmológica, el universo eventualmente sufrirá una muerte por calor. No habrá movimiento excepto quizás el movimiento atómico. Nuevamente, no soy físico.

http://www.newscientist.com/article/mg20927994.100-vacuum-has-friction-after-all.html#.VL6G7mwo6Cg

Einstein no mencionó partículas virtuales. Y aunque, en el artículo de Wikipedia está escrito claramente: el problema ha sido resuelto por la teoría de la relatividad general de Einstein.
"Tengo entendido que todos los cuerpos en movimiento en el espacio perderán energía cinética continuamente con el tiempo": este es un malentendido. El (real) Isaac Newton tenía esto muy claro cuando escribió la primera ley del movimiento . Si "quieres" Newton, será mejor que lo leas.
¿Cómo elimina la relatividad general la acción newtoniana a distancia? ¿Por la mediación de qué "portadores"?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v