¿Hay 'fricción' en el espacio-tiempo?

Entonces, si todos los cuerpos están incrustados en el espacio-tiempo y se mueven a través de él, ¿existe algún tipo de 'fricción' con el espacio-tiempo de los planetas? Por ejemplo, la Tierra sufre fricción al moverse cerca del sol debido a la curvatura y la Relatividad General y pierde energía?

Si un planeta pierde energía debido a la fricción, ¿se puede medir esta pérdida de energía?

Respuestas (3)

Creo que la pregunta sugiere que estás pensando en el espacio-tiempo como si fuera, por ejemplo, una sustancia, como un fluido, por el que nos movemos. No es así como vemos el espacio-tiempo, al menos en relatividad general pura.

Pero la pregunta que hace es engañosamente simple y plantea algunas preguntas complejas. Y no creo que podamos responderlas exactamente porque no estoy seguro de que tengamos una respuesta definitiva a la pregunta más básica escondida en su respuesta: ¿Qué es el espacio-tiempo?

¿Existe algún tipo de 'fricción' con el espacio-tiempo de los planetas?

Hay un "tipo" de fricción, pero quizás "interacción" sería una mejor elección de palabra, ya que preferiría evitar la noción de fuerzas de fricción clásicas.

Decimos que cuando un objeto se mueve a través del espacio-tiempo distorsiona el espacio-tiempo, lo estira, lo comprime. La masa crea distorsiones que describimos como gravedad.

Es un poco más profundo que eso.

También sabemos, gracias a los maravillosos experimentos LIGO, que estos efectos gravitacionales distorsionan el espacio en forma de ondas. Y un objeto puede perder energía (de hecho, tiene que hacerlo) cuando crea tales ondas.

Lo que nos lleva a esto:

si un planeta pierde energía debido a la fricción, ¿se puede medir esta pérdida de energía?

No (supongo que debería decir, no a nuestro nivel tecnológico). es diminuto

Las ondas gravitacionales que hemos medido (que representan lo más parecido a la pérdida por fricción) se deben a las colisiones de enormes agujeros negros, y la perturbación que generan es tan pequeña que los científicos de LIGO están ampliando los límites de la medición para detectarlas. Un planeta es una cosa diminuta en comparación con esos agujeros negros y apenas hace mella, por así decirlo, en el espacio-tiempo en comparación.

Pero vale la pena decir que nuestra comprensión actual del espacio-tiempo es un poco básica. No tenemos una idea clara de cómo encaja el mundo cuántico en la gran escala del espacio-tiempo relativista. En la actualidad tenemos dos modelos, uno de un espacio-tiempo a pequeña escala lleno de un mar de partículas virtuales y el otro de un espacio-tiempo puro, limpio y vacío con alguna que otra masa gravitatoria idealizada en él. No tenemos una sola teoría que los conecte, por lo que realmente no tenemos una teoría adecuada del espacio-tiempo (o tal vez se necesita algo más profundo que eso, nadie lo sabe).

Una excelente respuesta. Me haces dudar sobre los plazos. LIGO, y antes de eso el púlsar binario de Hulse-Taylor, demostraron que hay sistemas cuyo tiempo de vida contra el decaimiento gravitacional es 10 9 -- 10 años. Sería interesante calcular el tiempo de vida comparable para el sistema Sol-Júpiter, o Tierra-Luna, y ver si su tiempo de vida contra el colapso debido a la emisión de ondas gravitacionales se parece más a 10 100 años, o más como 10 1000 años.
Tal vez las variables ocultas componen el mar de espacio-tiempo, partículas circundantes (por supuesto, no circundantes en el espacio). Si es así, la mecánica cuántica es una consecuencia de esta estructura y la gravedad no se puede cuantificar en ese caso.
Creo que las ondas gravitacionales pueden verse como el equivalente gravitatorio de la "bremsstrahlung" electromagnética. El nombre ("radiación de ruptura") implica un efecto parecido a la fricción; después de todo, la masa se ralentiza. Pero mientras que la fricción calienta un medio, el bremsstrahlung o las ondas gravitatorias no lo hacen; toda la energía cinética perdida por las masas en movimiento se irradia.
Otra diferencia es que el movimiento lineal no se ralentiza en absoluto, a diferencia del movimiento que subyace a la fricción normal. El espacio-tiempo (hasta donde sabemos) no ofrece resistencia para moverse a través de él como tal: es una aceleración que tiene pérdidas porque crea ondas.
@PeterA.Schneider * "radiación de frenado"
@ jpmc26 Ah, sí. Supongo que no está rompiendo nada ;-).
La masa crea una distorsión gravitacional del tejido del espacio-tiempo, ya sea que la masa esté o no en movimiento (los efectos gravitatorios no varían con la velocidad). El movimiento de la masa es lo que crea las ondas gravitacionales, si la masa es lo suficientemente grande, pero la pérdida de energía resultante es pequeña. Si se perdiera energía debido a cualquier forma de fricción, como quiera que se llame, la velocidad orbital de cada planeta se reduciría continuamente, lo que no se observa que ocurra, aunque los pequeños efectos pueden quedar enmascarados por la velocidad orbital de un planeta que varía continuamente entre el apogeo y el perigeo debido a la física de las órbitas elípticas
@ PeterA.Schneider Nunca lo había leído de esa manera. Siempre tuve la impresión de que "Bremse" en "Bremsstrahlung" se refería a lo que sea que pusieras en el camino de una carga en movimiento, en lugar de implicar una fricción. Estoy de acuerdo, los dos son muy parecidos, aunque, según tengo entendido, este es uno de los puntos en los que GR difiere bastante del Gravitoelectromagnetismo. En GEM, la radiación gravitacional es exactamente igual que la bremsstrahlung, por lo que puede usar fórmulas de Larmor o similares. Y obtienes un nivel de potencia que es demasiado alto para, por ejemplo , Hulse Taylor. Además, no obtienes dipolos en GR, pero...
.... en GEM, que tiene ecuaciones gravitacionales de Maxwell, ciertamente puedes. Este es uno de los pocos puntos en los que las dos teorías se han diferenciado experimentalmente. Por cierto: la radiación en GEM aún es muy pequeña: IIRC es de aproximadamente 3 GW para la Tierra, lo que suena muy bien, pero sería absolutamente inconmensurable cuando calcula cuánto tiempo tomaría un efecto significativo en la órbita de la Tierra.
@WetSavanna Dado que bremsstrahlung incluye radiación de ciclotrón o sincrotrón donde nada está realmente "en el camino", creo que es una suposición razonable que "brems ..." se refiere solo a la "desaceleración", es decir, aceleración más general , algo paradójicamente ;-). El resto de tu comentario está más allá de mi nivel de conocimiento.
Re "No podemos medir la pérdida de energía de un planeta": ¿Cuál sería exactamente la semántica de esa medición? ¿Capturar toda la energía perdida y "pesarla"? Por supuesto que no. De modo que la "medida" será siempre, de hecho, un cálculo; y nosotros, o más bien alguien, podemos muy bien (supongo) calcular la pérdida de energía de la Tierra a lo largo del tiempo. La diferencia con los agujeros negros es que no podemos detectar ni rastro de él, pero estamos razonablemente seguros de que está ahí, como si hubiéramos dejado una linterna encendida en la luna.
@ PeterA.Schneider La única forma en que sabemos cómo AFAIK es medir el giro hacia abajo o la disminución de la velocidad orbital de un planeta como lo hacemos con el sistema Hulse-Taylor. Así que hay una forma definida en principio. La otra forma sería usar una matriz de sensores tipo LIGO a cierta distancia del planeta: nuevamente, eso es lo que LIGO ha hecho para orbitar mutuamente (luego chocar) los agujeros negros. Pero la amplitud de las ondas gravitacionales sería imposiblemente pequeña para cualquier planeta solar.
@PeterA.Schneider Perdón por el resto de mi comentario, entonces. Simplemente digo que, aunque las ondas gravitacionales y la bremsstrahlung EM son similares, los hechos experimentales sobre las ondas gravitatorias son una de las formas en que podemos diferenciar la relatividad general y algunas de las otras teorías de la gravedad. En particular, GEM es exactamente como construir ecuaciones gravitatorias de Maxwell a partir de la ley del inverso del cuadrado de Newton, exactamente de la misma manera que las ecuaciones de EM Maxwell generalizan la ley de Coulomb. Es una teoría genial, simple y, para obtener los resultados más experimentales dentro de la precisión que...
... puede medir, lo mismo que GR. Pero no puede haber antenas dipolo GR, y la fórmula de Larmor da resultados medibles diferentes de GR. También tendré que buscar a quién se le ocurrió la palabra bremsstrahlung: mi impresión fue que fue uno de los tipos del siglo XIX que estrelló electrones contra objetivos de rayos X, tal vez incluso el propio Röntgen, de ahí el nombre bremsy. Para mí, siempre ha tenido un sonido como de choque de auto.

Además de la materia visible en el espacio, el espacio está " lleno de " radiación electromagnética (EMR). Sin embargo, dado que la densidad del EMR es muy pequeña , la densidad de un planeta es muy grande y la carga del planeta es esencialmente neutral , existe una "interacción" extremadamente pequeña entre un planeta y el EMR. Se necesita un objeto muy masivo para generar "ondas de fricción" apenas detectables , en el espacio.

No podemos obtener una comprensión de la naturaleza del espacio-tiempo de Einstein a escala planetaria. Toda la materia, incluidos los planetas, está compuesta de partículas, y para responder a esta pregunta debemos considerar el vínculo entre el espacio-tiempo y las partículas, como los quarks.

Claramente, una partícula tiene masa y, por lo tanto, inercia. Pero, ¿qué es la inercia? Presumiblemente, es lo que quiere decir el interrogador cuando habla de "fricción". Una partícula tiene inercia, o fricción si se prefiere, porque está ligada al campo del espacio-tiempo postulado por James Clark Maxwell en el siglo XIX, en las ecuaciones de Maxwell.

La teoría moderna considera que la inercia se debe a un acoplamiento o enlace, que une un quark al campo del espacio-tiempo. Entonces, sí, todas las partículas tienen inercia, y la inercia es la razón por la cual una partícula tiene masa: la masa es simplemente una medida de la cantidad de energía que se requiere para romper el enlace de acoplamiento.

¿Hay 'fricción' en el espacio-tiempo?
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