Luz de las estrellas: ¿los rayos que vemos aquí en la Tierra son paralelos?

¿Son paralelos los rayos de luz emitidos por las estrellas que son percibidos por un ojo aquí en la Tierra?

¿Se desplazan en línea recta desde la estrella hasta el ojo, sin cruzarse nunca y equidistantes?

¿Se mueven y cruzan mientras se mueven por el espacio?

¿Los rayos se encuentran en un punto de la retina del ojo?

Asumiendo que una estrella está bastante lejos, parece razonable pensar que han viajado miles de millones de millas sin ser paralelas.

Mencionaré rápidamente que, si bien la óptica de rayos es una aproximación extremadamente útil porque es simple y manejable, cuando se lleva al límite se descompone. Sería mejor pensar en la luz de una estrella como una serie de fotones y cada uno de ellos como una onda que llena por completo la apertura de un telescopio o la pupila de un ojo. De hecho, hay cosas que pueden distorsionar ligeramente el frente de onda en el espacio, pero una vez que llega a nuestra atmósfera, se distorsiona mucho más.
Esa distorsión se percibe como visión astronómica o "parpadeo" porque cambia constantemente.
El hecho de que los rayos de un punto distante se encuentren o no en el mismo punto de la retina depende de qué tan bien puedan enfocar sus ojos. Puedo decirles con certeza que no se encuentran en un solo punto en mis retinas a menos que mire la estrella a través de alguna óptica correctiva.
¿Matemáticamente paralelo? No. Haz la trigonometría. Suponga que el espacio-tiempo es plano (pero vea las respuestas a continuación para obtener más información sobre ese tema) y suponga un triángulo isócoles cuya base es la distancia entre sus ojos (o la distancia entre su ojo y mi ojo, depende de qué es exactamente lo que está preguntando) y cuya altura es la distancia a la estrella. El ángulo entre los dos lados será realmente, asombrosamente, increíblemente cercano a cero; pero en realidad no será cero.

Respuestas (3)

Los rayos de luz viajan a lo largo de cosas llamadas geodésicas en el espacio-tiempo (específicamente viajan a lo largo de cierta clase de geodésicas llamadas 'geodésicas nulas').

Si el espacio-tiempo es plano , que será el caso en ausencia de la gravedad, entonces esas geodésicas son solo líneas rectas como normalmente pensamos en ellas, y sí, los rayos de luz viajan a lo largo de líneas rectas en ese caso.

Pero existe la gravedad y, por lo tanto, el espacio-tiempo no es plano. Esto significa que realmente ya no existe una definición de 'línea recta': las geodésicas son lo mejor que tenemos (es por eso que se llaman geodésicas en lugar de líneas rectas).

Pero en muchos casos, la desviación causada por el hecho de que el espacio-tiempo no sea plano es bastante pequeña: por ejemplo, es posible ver la diferencia en la posición aparente de las estrellas si la luz de ellas pasa cerca del Sol, pero es una pequeña desviación.

En algunos casos, si la luz pasa cerca de objetos muy masivos, la desviación puede ser muy grande (y, de hecho, si el objeto es lo suficientemente masivo, puede ser tan grande como desee).

El efecto general de la luz que viaja a lo largo de las geodésicas que no se aproximan bien mediante líneas rectas se llama "lente gravitacional" y ahora es algo bien confirmado que se usa en la práctica para detectar cosas como exoplanetas (sorprendentemente, en este caso es la lente de la luz de las estrellas por el planeta que se observa, lo cual es asombroso).

Entonces, una breve respuesta es sí, casi siempre, ¡pero ocasionalmente nada!

La luz viajará en línea recta a través del continuo espacio-tiempo 4D. No se mueve y solo es desviado por la gravedad. La luz de estrellas lejanas nos llega más o menos paralelamente debido a la gran distancia que implica.

Pero dependiendo de la precisión con la que desee realizar la medición, existe la posibilidad de que parte de la luz de esa estrella nos llegue ligeramente fuera de paralelo. Sin embargo, la diferencia sería extremadamente pequeña y podría no ser medible, por lo que se trata más de una predicción teórica. El ángulo dependería del diámetro de la estrella y su distancia de nosotros.

Así que al ser claros los fotones de luz de una estrella lejana llegarán todos más o menos paralelos. Pero algunos de ellos pueden estar fuera de paralelo por una cantidad minúscula.

Entonces, ¿no crees que los rayos se distorsionan a medida que se mueven a través del espacio y el tiempo? Creo que se doblan por todos lados. Un rayo de un año podría estar a muchas millas de distancia del objetivo de la Tierra, hasta que alguna fuerza lo desvíe. Algo así como una bala de francotirador que se mueve por el viento y el calor que sube, hasta que da en el blanco.
La luz viaja en línea recta a través del espacio-tiempo, pero el propio espacio-tiempo está distorsionado por la gravedad, por lo que la luz parece doblarse alrededor de objetos masivos. Así que depende de lo que entiendas por una línea recta.
"Depende de lo que quieras decir con una línea recta" XD Me encanta esa cita!!!
Tenga en cuenta que incluso si no hubiera efectos gravitacionales, la luz de una estrella distante podría no ser paralela debido al hecho de que la luz puede originarse desde cualquier lado de la estrella al converger en el observador.
¿A qué te refieres con una línea recta? ¿Estás hablando de una línea recta 3D o 4D?

Los rayos de luz ciertamente estarán muy cerca de ser paralelos porque la estrella está muy lejos y porque las distorsiones gravitatorias son muy pequeñas en nuestro vecindario.
Primero, los rayos de los bordes opuestos de la estrella llegarán en ángulos que difieren en el diámetro de la estrella dividido por la distancia a la estrella (~10^-8 radianes). En segundo lugar, el efecto de la lente gravitatoria puede hacer que la función de onda correspondiente incluso a un solo fotón se divida. Por ejemplo, la Cruz de Einstein tiene un tamaño aparente de 10^-5 radianes. Las lentes gravitacionales (exactamente como las lentes convencionales) pueden incluso hacer que los rayos de luz se crucen. Esto es cierto incluso para la función de onda de un solo fotón que se origina en una estrella o galaxia distante a miles de millones de años luz de distancia.

He estado pensando en esta pregunta desde que se publicó por primera vez en Space SE, y mi sensación ha sido que los rayos inicialmente paralelos nunca se cruzarían, al menos los rayos paralelos que comienzan con una separación de 6 mm nunca se cruzarían antes de alcanzar la pupila de alguien. Pero ahora no estoy tan seguro de eso.
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