¿Las ondas gravitacionales se propagan hacia atrás en el tiempo?

Las ondas gravitacionales son ondas de espacio-tiempo, que estiran y aprietan tanto el espacio como el tiempo. Dado que la relatividad pone el espacio y el tiempo (casi) en pie de igualdad, me parece que, dado que las ondas gravitacionales se propagan en todas las direcciones en el espacio (desde su fuente), también deberían propagarse en ambas direcciones en el tiempo. Me parece que este es también un punto importante de la trama de la película 'Interstellar', en la que Kip Thorne desempeñó un papel importante como asesor científico. En particular, me refiero a la escena en la que las ondas gravitacionales se propagan en el tiempo para hacer funcionar un reloj.

Mi pregunta es, ¿hay alguna advertencia sobre esto, si es cierto? ¿No seríamos capaces de detectar ondas gravitacionales del futuro también, si es así?

Creo que vale la pena darse cuenta de que con las preguntas más "incitadoras a la reflexión" como esta pregunta, aunque admirable, todavía estamos en un punto en el que realmente tenemos poca comprensión de temas tan profundos. Quiero decir, en el mejor de los casos, las respuestas aquí podrían tomar la forma de informes sobre el pensamiento especulativo reciente sobre tales asuntos.
Wheeler y Feynman postularon ondas de potencial avanzadas como una solución para las ecuaciones de Maxwell. No vieron ninguna razón para que las ondas electromagnéticas no tuvieran simetría temporal. Violaría la causalidad, por lo que se ignora la solución de tiempo invertido. No sé si alguien ha hecho una solución de tiempo invertido para las ondas gravitacionales. Tienes cargas positivas y negativas en los campos eléctricos, mientras que en la gravedad no hay un campo gravitatorio negativo, así que tal vez no sea posible.
"Dado que la relatividad pone el espacio y el tiempo (casi) en pie de igualdad..." El "casi" allí es muy relevante para la noción de dirección.
@Asher De hecho, cierto. Las señales en forma de fotones, por ejemplo, no pueden propagarse hacia atrás en el tiempo, ya que esto es una violación de la causalidad, pero estas son señales que se propagan en una variedad de espacio-tiempo, mientras que las ondas gravitacionales son ondas en la variedad de espacio-tiempo en sí.
Parece estar sugiriendo que debido a que (a) podemos movernos a ambos + X y − X y (b) debido a que el espacio y el tiempo son equivalentes, las ondas gravitacionales deberían poder moverse en la dirección de − t . ¿Es ese un resumen justo de su pregunta?
@JohnRennie No, creo que un punto importante a tener en cuenta es que nosotros, como seres formados por quarks, electrones, etc., podemos movernos a ambos. + X y − X en la variedad de espacio-tiempo es muy diferente de las ondas en el espacio-tiempo mismo que pueden moverse a ambos + X y − X . Las ondas gravitacionales estiran y aprietan tanto el espacio como el tiempo, por lo que tiene que tratar a ambos de manera similar hasta cierto punto. Espero ver una prueba MATEMÁTICA de por qué las ondas gravitacionales pueden o no propagarse hacia atrás en el tiempo.
Esta publicación parece relevante physics.stackexchange.com/questions/219202/…
Las ondas electromagnéticas también se propagan en todas direcciones en el espacio. Y ondas sonoras, dado un medio adecuado.

Respuestas (3)

Estaba despierto anoche pensando en esta misma pregunta, puede haber una manera de probar esto buscando un tipo específico de señal en algo como el LIGO. Este tipo de señal precedería al evento real que creó la señal (un evento de fusión binaria de 2 años de distancia llegaría 2 años antes de que ocurra el evento real) y los datos deben "invertirse". Específicamente, la intensidad máxima de la onda gravitatoria, producida cuando el sistema binario se fusiona, aparecería primero Y desde la dirección opuesta a donde se originó la señal. Vería una señal "invertida", comenzando con un pico y disminuyendo que parecería viajar en la dirección opuesta a donde ocurrió el evento (debido a que la onda viaja hacia atrás en el tiempo). Si las ondas gravitacionales actuaron de esta manera, este "pre-evento" La señal sería seguida por una señal "post-evento" que comenzó pequeña y terminó con un pico, viajando en la dirección desde donde ocurrió el evento, debido a que esta señal viaja en una dirección del tiempo que estamos más acostumbrados a experimentar. Para el ejemplo anterior, la señal "posterior al evento" llegaría 4 años después de la señal "previa al evento" (a 2 años de distancia, se necesitan dos años para viajar a la Tierra yendo tanto hacia atrás como hacia adelante en el tiempo, por lo tanto, una separación de 4 años entre señales). Solo algunas ideas, me interesaría escuchar las opiniones de otras personas y ver qué otros tipos de señales descubrirán LIGO y otros detectores en un futuro cercano. debido a que esta señal viaja en una dirección del tiempo que estamos más acostumbrados a experimentar. Para el ejemplo anterior, la señal "posterior al evento" llegaría 4 años después de la señal "previa al evento" (a 2 años de distancia, se necesitan dos años para viajar a la Tierra yendo tanto hacia atrás como hacia adelante en el tiempo, por lo tanto, una separación de 4 años entre señales). Solo algunas ideas, me interesaría escuchar las opiniones de otras personas y ver qué otros tipos de señales descubrirán LIGO y otros detectores en un futuro cercano. debido a que esta señal viaja en una dirección del tiempo que estamos más acostumbrados a experimentar. Para el ejemplo anterior, la señal "posterior al evento" llegaría 4 años después de la señal "previa al evento" (a 2 años de distancia, se necesitan dos años para viajar a la Tierra yendo tanto hacia atrás como hacia adelante en el tiempo, por lo tanto, una separación de 4 años entre señales). Solo algunas ideas, me interesaría escuchar las opiniones de otras personas y ver qué otros tipos de señales descubrirán LIGO y otros detectores en un futuro cercano. por lo tanto una separación de 4 años entre señales). Solo algunas ideas, me interesaría escuchar las opiniones de otras personas y ver qué otros tipos de señales descubrirán LIGO y otros detectores en un futuro cercano. por lo tanto una separación de 4 años entre señales). Solo algunas ideas, me interesaría escuchar las opiniones de otras personas y ver qué otros tipos de señales descubrirán LIGO y otros detectores en un futuro cercano.

Las ondas gravitacionales están en el mismo plano que las ondas electromagnéticas: son procesos similares a la luz que se propagan a la velocidad de la luz. c.

Para todos los problemas fundamentales relacionados con el tiempo, no podemos olvidarnos de echar un vistazo al tiempo propio correspondiente. El tiempo propio de los procesos lumínicos es cero, su intervalo de espacio-tiempo está vacío. Los observadores están sincronizando el tiempo propio (cero) del proceso observado con el tiempo propio de su propio reloj, y obtienen el tiempo coordinado. Los observadores miden que todos los procesos similares a la luz suceden con una velocidad c, o más precisamente, con una velocidad +c.

Todavía no sabemos acerca de los procesos que se mueven hacia atrás en el tiempo (es decir, que se mueven en contra de la dirección de nuestra propia flecha del tiempo). Los candidatos ideales para procesos que retroceden en el tiempo serían las antipartículas, pero parece que tal presunción no puede confirmarse mediante experimentos.

Sin embargo, si imaginamos que existiría tal "observador de antimateria" moviéndose hacia atrás en el tiempo, este observador mediría los procesos similares a la luz como si ocurrieran con una velocidad de +c desde su punto de vista (de acuerdo con el segundo postulado de la relatividad especial), que significa -c desde nuestro punto de vista (opuesto a la dirección de nuestra flecha de tiempo).

Como resultado, podemos decir que la luz está interactuando con la materia en nuestra dirección, y si interactuara con alguna antimateria retrocediendo en el tiempo, podría hacerlo solo en la dirección opuesta. Sin embargo, como dije, actualmente no se conocen procesos que retrocedan en el tiempo.

Las ecuaciones de Einstein que describen la relatividad general no diferencian entre ondas que se propagan hacia adelante en el tiempo y ondas que se propagan hacia atrás en el tiempo. Así como las ecuaciones de Maxwell, que describen el electromagnetismo, permiten tanto soluciones para ondas que se propagan hacia adelante en el tiempo como para ondas que se propagan hacia atrás en el tiempo.

Sin embargo, para un observador, es imposible distinguir un fotón que viaja hacia adelante de un fotón que viaja hacia atrás. Un fotón es simplemente el campo electromagnético que tiene diferentes valores en diferentes posiciones en el espacio y el tiempo. Un fotón que viaja hacia adelante y un fotón que viaja hacia atrás pueden causar la misma distribución de campo en el espacio-tiempo y, por lo tanto, son indistinguibles. Decimos que el fotón es su propia antipartícula.

Lo mismo vale para los gravitones. Representan una deformación del espacio-tiempo, que puede ser descrita por un gravitón que viaja hacia adelante o por un gravitón que viaja hacia atrás. Los gravitones son también sus propias antipartículas.

Debido a que casi toda la física es invariante a la inversión del tiempo (se aplican las mismas leyes si piensas en el tiempo fluyendo en la dirección opuesta), en realidad no es tan trivial establecer en qué dirección del tiempo fluyen las cosas.

Lo único que no parece invariante en el tiempo es la entropía, ya que siempre parece aumentar en una dirección del tiempo. La mayoría de las discusiones sobre la dirección del tiempo, por lo tanto, utilizan la dirección de aumento de la entropía como la dirección positiva del tiempo.

Por convención, para conservar la causalidad, describimos todas las ondas y partículas como viajando hacia adelante en el tiempo, con la definición de avance basada en la entropía.

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