Dos masas (extendidas, no puntuales) que orbitan alrededor de su CM emiten ondas gravitacionales. Sin embargo, estas masas están en caída libre y siguen un camino geodésico a través del espacio-tiempo. Ahora bien, las ondas gravitacionales solo las emiten las masas que se desvían de estas trayectorias geodésicas. En la gravedad newtoniana clásica, la aceleración ejercida sobre las masas individuales cambia con el tiempo, lo que en la relatividad general es la causa de las ondas gravitacionales (si las masas se desvían de sus movimientos lineales acelerados, aunque "rectos", es decir, sus geodésicas, como se mencionó anteriormente ). Pero en la relatividad general, las masas se mueven en líneas "rectas" en el espacio-tiempo curvo creado por la otra masa. Sin que experimenten una aceleración, y mucho menos un cambio en la aceleración.
Entonces, ¿por qué emiten radiación gravitacional? ¿Será porque no estamos hablando de masas puntuales, sino de objetos extensos, lo que hace que las masas se desvíen de su movimiento geodésico?
¿Será porque no estamos hablando de masas puntuales, sino de objetos extensos, lo que hace que las masas se desvíen de su movimiento geodésico?
no _ ¡Las masas puntuales pueden moverse en geodésicas y formar ondas al mismo tiempo!
La analogía EM : podemos probar, con suposiciones mínimas, que las masas en órbita deben producir ondas gravitacionales. Una carga positiva (macroscópica) que orbita una carga negativa (o viceversa) a bajas velocidades es similar a la gravedad. Un observador a 1 segundo luz de distancia solo sabe dónde está dicha carga un segundo atrás en el tiempo. El campo eléctrico que sienten no apunta a la ubicación anterior, sino a cuál sería la ubicación actual si la carga continuara moviéndose a una velocidad constante . Consulte esta pregunta para obtener más detalles. Cuando la carga se acelera (como por otra carga) la nueva información sobre su paradero se propaga hacia el exterior a la velocidad de la luz.
¿Esta propagación hacia el exterior lleva energía? ¡Sí! Los objetos distantes pueden extraer energía del campo cambiante (al igual que un flotador meciéndose en las olas). Pero la energía solo se puede transferir a la velocidad de la luz. Entonces debe haber energía (ondas electromagnéticas) en vuelo entre las cargas y los observadores distantes.
El mismo argumento se aplica a la gravedad: la información que codifica la ubicación de las masas en órbita se propaga a la velocidad de la luz como ondas gravitacionales. Tanto en la gravedad como en el electromagnetismo, esta pérdida de energía hace que la órbita decaiga. La velocidad finita de la transferencia de información es, en última instancia, lo que requiere que los objetos en órbita irradien energía.
No se necesita aceleración : no necesitamos que los objetos sientan una aceleración adecuada para que el argumento anterior funcione. Solo necesitamos que los objetos tengan una aceleración aparente desde el punto de vista de los observadores distantes.
En la relatividad general, todas las formas de materia, energía e incluso presión/tensión distorsionan el espacio-tiempo. Esto significa que la curvatura del espacio-tiempo alrededor de las masas en órbita proviene de dos fuentes: las propias masas y las ondas gravitatorias que se crean entre ellas. Las masas doblan las geodésicas en un círculo (o una elipse de precesión, para órbitas excéntricas), manteniéndolas en una órbita alrededor de la otra. Las ondas gravitacionales modifican aún más la forma de las geodésicas, haciendo que la órbita se mueva gradualmente en espiral hacia adentro. Las masas nunca sienten ninguna aceleración, pero se encuentran atrapadas en una espiral mortal debido a la curvatura que crearon en su propio espacio-tiempo local.
Nuevamente, tenemos analogías con el mundo electromagnético: la fuerza de Coulomb mantiene las cargas en órbita y la radiación electromagnética emitida crea una reacción inversa que provoca una fuerza de arrastre en las cargas. Entonces, ¿por qué la gravedad no es una fuerza, si se comporta tanto como las fuerzas de buena fe en el electromagnetismo? Con un espacio-tiempo fuertemente curvado, la gravedad comienza a incorporar un conjunto de comportamientos más rico, como la dilatación del tiempo y la formación de horizontes de eventos. Esto nunca sucede con ningún otro tipo de interacción.