¿Existe evidencia experimental de que las partículas sin masa, como los fotones, atraigan objetos masivos?

Por ejemplo, ¿evidencia de que un rayo láser de alta energía atraiga objetos cercanos?

En el marco de la relatividad general de Einstein, toda la energía curva el espacio-tiempo y, por lo tanto, ejerce una atracción, pero mi pregunta es si es un hecho verificado experimentalmente que la energía que no proviene de la masa (como los fotones) atrae objetos masivos.

física relacionada.stackexchange.com/q/6197/23473
Si está dispuesto a aceptar alguna versión de la tercera ley de Newton como un axioma, supongo que la lente gravitacional es evidencia suficiente, pero la forma en que se plantea la pregunta admite al menos la posibilidad de que el cartel no esté dispuesto a simplemente estipular esto.
Los rayos láser fuertes tienden a atraer objetos cercanos (particularmente polvo). Pero no tiene nada que ver con la gravedad. La fuerza del campo eléctrico en el haz es lo suficientemente alta como para polarizar el polvo cercano y su atracción eléctrica. Por esta razón, creo que sería difícil medir el espacio-tiempo curvo con láser; de alguna manera, necesitaría eliminar la interacción eléctrica de la imagen y esto simplemente no se puede hacer.
Para eliminar este efecto, ¿no podría probar la atracción de neutrones por el rayo láser en el espacio?
@ user44558 No estoy seguro: esto está mucho más allá de mi alcance de experiencia, pero necesitaría una potencia del haz tan alta que incluso el vacío se polarizaría. Y los neutrones probablemente no sean tan buenos: se descomponen rápidamente (bueno, esto depende de la escala, pero un poco menos de 15 minutos no es tanto) y obtienes protones y electrones que obviamente están cargados. En aras de la exhaustividad: también obtiene antineutrinos y, en algunos casos, también rayos gamma de la descomposición, pero estos no son tan importantes en nuestro caso.

Respuestas (3)

Hasta donde yo sé, no ha habido evidencia experimental de que la luz curve el espacio-tiempo. Sabemos que si GR es correcto, debe funcionar, y todos los experimentos que hemos hecho (hasta ahora) han confirmado las predicciones hechas por GR , por lo que parece muy probable que la luz realmente curve el espacio-tiempo.

El problema es que el espacio-tiempo es extremadamente difícil de curvar en una cantidad significativa. Curvarlo no es un problema si tiene un cuerpo astronómico a mano, pero medir la curvatura debido a las masas a escala de laboratorio requiere mediciones muy finas. Teniendo en cuenta que la masa es una forma de energía muy concentrada (por un factor de C 2 ) es difícil ver cómo podríamos obtener una fuente de luz lo suficientemente intensa como para crear una curvatura medible. Puede haber alguna medida indirecta posible, pero ninguna viene inmediatamente a la mente.

Una forma de pensarlo es que necesitarías tanta energía luminosa como en el resto de la masa de un cuerpo astronómico. Por lo tanto, el único experimento que se me ocurre que podría funcionar es lanzar un pequeño planeta a un pequeño antiplaneta.

Sí, casi toda la masa-energía de la materia ordinaria se debe al campo gluónico. Los gluones son bosones de calibre con masa cero (como los fotones). En ausencia de gluones, los quarks que forman protones y neutrones tendrían menos del 2% de su masa habitual. Dado que la interacción gravitacional medida de la materia incluye la masa proporcionada por los gluones y no es solo la masa proporcionada por los quarks, podemos estar seguros de que la interacción gravitatoria debida a la energía-masa no discrimina entre partículas fundamentalmente sin masa y masivas.

Si quieres volver a los fotones, también hay una masa inducida por la interacción electromagnética. Hace que los protones sean un poco más pesados ​​de lo que cabría esperar en relación con los neutrones. Una vez más, hay todas las pruebas de que la interacción gravitacional no discrimina entre la masa inducida por el electromagnetismo o cualquier otra fuente.

Por supuesto, un haz de fotones libres es un poco diferente y requiere un cálculo más sofisticado en relatividad. Su diminuta interacción gravitatoria es imposible de medir con la tecnología actual.

"Podemos estar seguros de que la interacción gravitatoria debida a la energía de masa no discrimina entre partículas fundamentalmente sin masa y masivas": la ruptura de la simetría quiral da masa a los nucleones incluso si los gluones no tienen masa, por lo que no estoy seguro de que demuestre que la energía sin masa se curva tiempo espacial
La simetría quiral se rompe por la configuración del campo gluónico del vacío, que produce condensados ​​de quarks quirales como efecto secundario. En ausencia de gluones, la simetría quiral no se rompería, mientras que en ausencia de quarks marinos, todavía se rompería. Uno podría usar bolas de pegamento como un ejemplo más directo, excepto que acumular suficientes bolas de pegamento para medir su efecto gravitacional sería poco práctico.

La relación entre masa y curvatura del espacio-tiempo está bien motivada, pero no es consecuencia de algún hecho fundamental en GR.

Hay un montón de experimentos que confirman la curvatura del espacio-tiempo por masas, como la lente gravitatoria, la predicción adecuada del perihelio de mercurio, el corrimiento al rojo en un campo gravitatorio...

mi = metro C 2 es una de las ecuaciones más famosas de la física, pero también la más citada fuera de contexto. La ecuación completa dice

mi 2 = pags → 2 C 2 + metro 2 C 4

Esto implica que, de hecho, la masa es solo una forma de energía y, al revés, que no existe una distinción fundamental (en GR) entre objetos con energía de la masa en reposo o energía del momento. Esto se puede ver por el hecho de que los fotones SÍ interactúan con el campo gravitacional (ver lentes gravitacionales), mientras que su masa en reposo metro = 0 .

De hecho, hay evidencia experimental de la curvatura del espacio-tiempo por cuerpos masivos, pero ¿hay evidencia experimental de la curvatura del espacio-tiempo por cuerpos sin masa como los fotones? Además, ¿cómo el hecho de que los fotones sigan líneas rectas en un espacio-tiempo curvo (es decir, lentes gravitacionales) implica que ellos mismos curvan el espacio-tiempo?
No implica que los fotones se curven en el espacio-tiempo, no sé si hay un experimento directo que muestre que los fotones curvan el espacio-tiempo, solo sé que está implementado en el modelo cosmológico
@agemO Existe la equivalencia. Cuando vemos lentes gravitacionales, la curvatura es una sinergia de los fotones que atraen al campo y el campo que atrae a los fotones. En este sentido, podría preguntar si existe un experimento que demuestre que la manzana que cae atrae a la tierra como ~m1*m2/r**2
No estoy seguro de entender lo que quieres decir, en GR todo sigue geodésico sin importar su masa o energía, en tu ejemplo, si m2 es cero, entonces no hay atracción. Pero, de hecho, puede ser difícil ver experimentalmente un fotón atrayendo una estrella.
¿Quizás quieras decir que el hecho de que los fotones sigan a las geodésicas implica teóricamente que tienen que curvar el espacio-tiempo? ¿Que no podemos decir "digamos que el tensor de energía solo contiene energía de masa" sin hacer que GR sea inconsistente?
@agemO Di una analogía con la manzana, que fuerza el equilibrio pero no decimos: la manzana atrae a la tierra. De la misma manera, el fotón desvía a la estrella tanto como la estrella desvía al fotón, excepto que es fácil percibir el fotón e imposible medir la trayectoria de la estrella.
Ok, no estaba seguro de haber entendido. Ahora me pregunto qué sucedería si decimos: "solo alguna forma de espacio-tiempo de curva de energía", ¿sabe si eso conduciría a algunas inconsistencias teóricas?
¿Existe evidencia experimental de que las partículas sin masa, como los fotones, atraigan objetos masivos?
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