Efecto de la curvatura del espacio-tiempo en la química.

¿Los cálculos actuales de química/astrofísica/química estelar incluyen los efectos de la curvatura del espacio-tiempo en las reacciones químicas?

Por ejemplo, la transferencia de calor desde un punto más cercano al centro del Sol estaría influenciada por el pozo de gravedad, con respecto a la distorsión del tiempo relativista, a medida que la energía sube por el pozo.

¿Tiene motivos para sospechar que necesitan tales correcciones?
No tengo ninguna razón empírica u observacional para sugerir que necesitan corrección, esto simplemente parece una continuación lógica de la relatividad, por lo que tenía curiosidad si esto se ha integrado en nuestra comprensión de la "química" de masas grandes. Como sugiere @ michael-seifert, este fenómeno tiene un nombre asociado: efectos posnewtonianos de la relatividad general.
A menudo nos preguntan "¿La teoría avanzada juega un papel en X?" preguntas que son, en mi opinión, preguntas muy pobres. Publiqué mi comentario para que realmente explique su razonamiento (preferiblemente no post-hoc como ha argumentado ahora) por qué cree que sería importante, lo que sería una mejor pregunta.

Respuestas (1)

De lo que estás hablando es de los llamados efectos posnewtonianos de la relatividad general: esos efectos de la gravedad que no son predichos por la gravedad newtoniana. Como sabrá, la relatividad general tiene la gravedad newtoniana como límite: si la velocidad de una partícula es pequeña en comparación con la velocidad de la luz, y las fuentes de gravedad tampoco se mueven rápidamente, entonces las predicciones de la gravedad newtoniana se recuperan a un nivel muy buena aproximación.

Ahora, cuando digo "una muy buena aproximación", quiero decir que existen correcciones muy pequeñas a las predicciones newtonianas. Estas correcciones se rigen por dos parámetros adimensionales:

  • La velocidad de las partículas que se mueven en el potencial, dividida por C ; y
  • El potencial gravitatorio newtoniano dividido por C 2 .

Cualquier corrección a los efectos de la gravedad newtoniana generalmente será del orden de uno de estos dos parámetros. Así, por ejemplo, en el centro del Sol el potencial gravitacional es del orden de

Φ ∝ GRAMO METRO ⊙ r ⊙ ≈ 6 × 10 7 J/kg ,
lo que significa que cualquier corrección debida a la relatividad general será del orden de
Φ / C 2 ≈ 7 × 10 − 10 .
De manera similar, las velocidades térmicas de los núcleos de hidrógeno en el centro del Sol ( T ≈ 15 × 10 6 K) será del orden de
v ∝ k T / metro = 350 , 000 EM
y así las correcciones debidas a la relatividad general debidas a los movimientos de estas partículas serán del orden de
v / C = 1 × 10 − 3 .

Entonces, para una estrella como el sol, los efectos son probablemente bastante insignificantes y fácilmente abrumados por nuestra comprensión imperfecta de cosas como las secciones transversales nucleares, los campos magnéticos, etc.

Si quieres algo donde los efectos relativistas sí importen y se tengan en cuenta, tienes que mirar cosas como la hidrodinámica dentro de una estrella de neutrones, para lo cual Φ / C 2 ≲ 1 . Pero realmente no se puede llamar a los procesos dentro de una estrella de neutrones "químicos" por ningún tramo de la imaginación. Realmente, casi cualquier situación en la que esté haciendo algo que podría llamarse "química" es casi por definición no relativista, y en la medida en que necesite incluir la gravedad, la aproximación newtoniana a las leyes completas de la relatividad general funcionará. muy bien

La "química" solo está impulsada por colisiones entre moléculas y depende de tener las energías adecuadas para romper enlaces y demás. Entonces, tal vez la pregunta más general sea: ¿los resultados de la mecánica estadística clásica se mantienen en condiciones relativistas? ¿Se alteran significativamente las velocidades o las energías de colisión entre las moléculas? ¿Está todavía presente una distribución de Maxwell-Boltzmann en equilibrio? Definitivamente no sé la respuesta a eso, ¡pero me interesaría saberlo!
Straumann tiene una derivación de Maxwell Boltzmann en el espacio curvo, si tienes curiosidad al respecto.
@ tpg2114: De manera similar, la distribución de Maxwell-Boltzmann no se mantendría para un gas de partículas relativistas. En cambio, resultaría ser proporcional a F ( v ) d v ∝ v 2 mi − γ metro C 2 / k T , dónde γ = 1 / 1 − v 2 / C 2 es el factor habitual de Lorentz. La distribución de energía también se vería afectada, ya que la "degeneración" (es decir, el volumen del espacio de fase) de los estados con una energía dada cambia cuando las partículas se vuelven relativistas.
Dicho esto, todos los métodos de la mecánica estadística "clásica" deberían ser válidos para las partículas relativistas, siempre que tenga cuidado de recordar que está utilizando el momento relativista. pag = γ metro v y, y que la relación energía-momento relativista mi 2 = pag 2 C 2 + metro 2 C 4 sostiene en lugar de las versiones newtonianas.
@MichaelSeifert Si esas distribuciones cambian, entonces creo que las reacciones químicas también se verían afectadas, ya que son impulsadas por las colisiones y la energía contenida en ellas.
Efecto de la curvatura del espacio-tiempo en la química.
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