¿Hay lugares en el Universo sin gravedad?

No estoy seguro de si eso es posible, ya que no pude encontrar una respuesta al respecto.

¿Hay lugares en el Universo donde no hay fuerzas gravitatorias?

"¿ Hay lugares en el Universo donde no hay fuerzas gravitatorias ?": No estoy seguro de que decir que no hay fuerza sea equivalente a decir que hay fuerzas pero que no tienen ningún efecto en algún momento. Esto debe aclararse primero en las respuestas.
De acuerdo con los minutos del usuario, la pregunta es ambigua. Todos los contribuyentes aquí parecen tomar la segunda interpretación: la ley de la gravedad se aplica universalmente, pero hay distribuciones de masa de tal manera que las fuerzas de la gravedad (y solo estas) se cancelan en ubicaciones particulares. La otra interpretación de la pregunta: ¿Puede haber masa sin gravedad en algún lugar de este Universo (y por qué no)?
Incluso si existieran tales lugares (con gravedad cero), una masa ubicada allí no estaría en equilibrio estable. En otras palabras, la más mínima perturbación en su posición perturbaría el equilibrio.
@mins ¿Einstein no creía que nunca serías capaz de detectar ondas gravitacionales de agujeros negros porque el efecto era demasiado insignificante? ¿Dónde trazas realmente una línea donde algo "no tiene efecto"?
@eps. Quise decir ningún efecto en teoría. Pero mi punto era diferente: uno puede crear movimiento haciendo que un cuerpo no tenga peso (vuelo orbital / trayectoria parabólica), lo que significa microgravedad. Microgravedad no es sinónimo de campo gravitatorio reducido (pese a la palabra), sino de peso aparente reducido. ¿Cancelo la gravedad cuando vuelvo a caer libremente sobre la Tierra después de un salto de 30 cm? Al contrario, sentirme ingrávido significa que la gravedad es la única fuerza que actúa sobre mí, estoy en caída libre, es decir, mi caída se debe a la gravedad y no es perturbada por ninguna otra fuerza.
@aybe, ayudaría si pudieras aclararlo. La conclusión es: ¿quiere decir gravedad cero o quiere decir "sin gravedad", en el sentido de que la teoría de Newton no se aplica? En el primer sentido, si uno elimina teóricamente uno de los objetos en presencia, el estado de gravedad cero se desvanece. En el segundo, la presencia o ausencia de objetos que resisten la gravedad alrededor del área/punto especial "sin gravedad" no afecta su estado especial de exención de gravedad (¡suena como un buen tema para una novela de ciencia ficción!).
A una distancia infinita del límite donde han llegado la materia y la luz del Big Bang, hay una fuerza de gravedad infinitamente baja.

Respuestas (8)

En dos dimensiones, creo que puedo inferir de una manera numérica poco convincente, poco convincente y sin rigor que es probable que haya ceros en la gravedad a partir de una distribución aleatoria de objetos, puede haber puntos de gravedad cero.

Creo un espacio con 20 fuentes puntuales distribuidas aleatoriamente, calculo y trazo el campo de fuerza en una cuadrícula de 2000 x 2000, luego elijo el punto de cuadrícula más pequeño y mediante una rutina de minimización encuentro un punto con una fuerza escalar arbitrariamente pequeña.

He hecho todo en una escala log10, los valores máximo y mínimo son del orden de +8 y -1, pero puedo encontrar fácilmente log10(force_magnitude)alrededor de -14 especificando esa tolerancia en la rutina de minimización.

No puedo probar que esto se extienda a 3 dimensiones ni a espacios y números arbitrariamente grandes, pero tengo el presentimiento de que esto se puede abordar matemáticamente, por lo que acabo de preguntar en Math SE: ¿Cuál es la densidad relativa y la dimensionalidad de los ceros en la fuerza del cuadrado inverso? campos a densidad de fuentes en (al menos) 1, 2 y 3 dimensiones?

Aquí hay seis casos de sabor:

¡Aquí hay ceros!

¡Aquí hay ceros!

import numpy as np
from scipy.optimize import minimize
import matplotlib.pyplot as plt

# https://astronomy.stackexchange.com/questions/44184/are-there-places-in-the-universe-without-gravity

def mini_me(xy, positions):
    return np.log10(get_force_magnitudes(positions, xy))

def get_force_magnitudes(positions, XY):
    r = positions[:, None, None, :] - XY
    forces = r * (((r**2).sum(axis=-1))[..., None]**-1.5) # all vectors
    force_field = forces.sum(axis=0)  # vector field
    return np.sqrt(force_field**2).sum(axis=-1)

N = 20
positions = np.random.random((N, 2))

x = np.linspace(0, 1, 2000)
X, Y = np.meshgrid(x, x, indexing='xy')
XY = np.stack((X, Y), axis=2)

force_magnitude = get_force_magnitudes(positions, XY)
indices = np.unravel_index(np.argmax(-force_magnitude), force_magnitude.shape) # find the smallest one on the grid
xy0 = XY[indices] # starting point for minimization

result = minimize(mini_me, xy0, args=(positions, ),
                  method='Nelder-Mead', tol=1E-08)

if True:
    fix, ax = plt.subplots(1, 1)
    extent = 2*[0, 1]
    thing = ax.imshow(np.log10(force_magnitude), origin='lower',
               extent=extent, vmax=2)
    x, y = positions.T
    ax.plot(x, y, '.r')
    x, y = result.x
    label = str(round(result.fun, 2))
    ax.plot([x], [y], 'o', color='none', markeredgecolor='red',
            markersize=14, markeredgewidth=2)
    ax.text(x+0.02, y, label, color='red', fontsize=14)
    plt.colorbar(thing, ax=ax)
    plt.title('log10 normalized scalar force')
    plt.show()
Me pregunto qué se necesita para extenderse a 3D.
@ConnorGarcia primero probablemente debería verificar si la dimensionalidad de los mínimos en 2D y 3D son siempre 0D (es decir, puntos) o si pueden ser curvas 1D o superficies 2D, porque creo que eso es más interesante, pero para responder a su pregunta, simplemente puede agregue un eje adicional a este cálculo y ejecútelo durante minutos u horas. PERO la mejor manera sería aplicar algunas técnicas inteligentes como una técnica de Monte Carlo y tal vez de alguna manera un diagrama de voronoi ponderado 1/r^2 ...
para encontrar todos los mínimos dentro de una región dada, acelerando así dramáticamente la técnica y haciéndola más inteligente y exhaustiva antes de llevarla a n-dimensiones. Prestemos atención a la pregunta que mencioné que acabo de publicar en Math SE.
@uhoh, ¿qué fuerza mantiene sus masas puntuales aleatorias en equilibrio en su universo 2D?
@NgPh Si lee atentamente mi publicación, notará que es solo un cálculo exploratorio para ver qué sucede con un espacio finito y 20 objetos. No es un universo. Los objetos ciertamente pueden estar en movimiento, esta es una instantánea en el tiempo asumiendo la gravedad newtoniana instantánea. Por supuesto, uno puede suponer que es mucho más grande o infinito, pero eso no afectará demasiado estos resultados, ya que las cosas más lejanas naturalmente comenzarán a promediar a cero. Esto realmente debe abordarse matemáticamente , por lo que, si lee mi publicación detenidamente, notará que publiqué una pregunta en Math SE.
@uhoh, Básicamente, está diciendo que se puede construir un modelo matemático para que siempre haya áreas de potencial cero cuando se proporciona como entrada una cantidad de masa puntual aleatoria. Puedo aceptar eso, pero ¿responde esto de alguna manera a la pregunta original (¿o muestra un posible camino hacia una respuesta rigurosa?)?
Probablemente me perdí algo: pero ¿no se garantiza que el centro de masa tenga una gravedad neta de 0 desde todos los puntos, en cualquier dimensión?
@NgPh sí, en eso comienza a responderlo. A veces, la generación de una respuesta a una pregunta toma tiempo para desarrollarse, a veces es un esfuerzo de colaboración entre varios usuarios que trabajan juntos. Si bien SE tiene algunos elementos de gamificación superficiales, el objetivo principal es, por supuesto, la generación de buenas respuestas a las preguntas sobre el tema. A veces lleva cinco minutos, pero de vez en cuando puede llevar semanas, meses o incluso más. Esta pregunta me parece bastante desafiante e interesante, así que he hecho una contribución para responderla y seguiré trabajando en ella.
@EricDuminil centro de masa es
∑ i metro i r i ∑ i metro i
y la aceleración de la gravedad es
GRAMO ∑ i metro i r i 2 r ^ i .
En otras palabras, CM son las masas ponderadas por la distancia y la aceleración por la inversa del cuadrado de la distancia, así que no creo que eso pueda ser cierto.
@ConnorGarcia ¿No sería necesario pasar a 4D? El 3D está bien y elegante, pero las cosas cambian con el tiempo, por lo que el 3D podría decirle dónde ESTABA un lugar sin gravedad...
@WernerCD: Paso a paso. Un paso podría ser probar que siempre existe un cero en alguna parte, en el espacio 3D. Y luego comprobar si este cero se mueve continuamente a través del tiempo, y no simplemente salta de una posición a otra.
@uhoh: Gracias por la respuesta, tiene sentido. Menos mal que escribí "Probablemente me perdí algo". :D
¿Los bordes del universo no tendrían gravedad cero? Sin embargo, su prueba no parece mostrar tal cosa.
@AlexisWilke No sé si el universo tiene una ventaja, pero 1 / r 2 nunca llega a cero.

Esta respuesta solo amplifica la respuesta correcta de Barbierium .

¿Hay lugares en el Universo donde no hay fuerzas gravitatorias?

La respuesta a esta pregunta es que no hay respuesta a la pregunta. Para definir si una fuerza gravitacional actuaría o no sobre una partícula de prueba en un cierto punto en el espacio, tenemos que definir algún marco de referencia. Pero, de hecho, no existe un marco de referencia globalmente preferido. El único marco de referencia preferido es uno local, que es un marco de referencia de caída libre, y en tal marco la fuerza gravitatoria sobre una partícula de prueba es cero.

Esto se conoce como el principio de equivalencia .

Cierto para una pequeña partícula de prueba. Pero un objeto grande en un marco de referencia de caída libre aún experimenta fuerzas de marea. Quizás la pregunta podría reinterpretarse como physics.stackexchange.com/questions/17459/…
@jpa ¿Crees que las fuerzas de marea afectarán a los astronautas? Si sus cuerpos lo son. digamos 2 metros de largo, ¿cuán grande será esta fuerza de marea? Diría que prácticamente se puede suponer que los astronautas son pequeñas partículas de prueba (¡aunque protestarán contra esta suposición!).
@Barbierium Estoy de acuerdo en que, para la mayoría de los propósitos prácticos, la distinción no importa, pero la pregunta no se limita a objetos pequeños.
@jpa La pregunta es sobre lugares. Los lugares son puntos en el espacio, por lo que seguramente habrá lugares con gravedad cero. Dentro de la ISS hay muchos de ellos (considerados independientemente de los otros puntos).
@Barbierium: "Los lugares son puntos en el espacio": no puedo entender esto. ¿Se mueven estos puntos? Si no, ¿en relación con qué son estacionarios? El reposo absoluto no existe, ni siquiera aproximadamente.
@TonyK Puntos en el espacio de la ISS. IS-puntos estacionarios, por así decirlo.
@TonyK probablemente la definición útil de 'lugar' es 'curva temporal (suave)'. Si se restringe a la geodésica temporal , entonces la "gravedad es cero" en cualquiera de esos lugares. Cada punto del espacio-tiempo tiene geodésicas temporales que lo atraviesan.
Ben, explicas que en un marco de referencia de caída libre la fuerza gravitatoria sobre una partícula de prueba es cero. Es un principio importante, así que quiero estar seguro de que entiendo cómo funciona en la práctica. ¿Tengo razón al pensar que esto es lo mismo que un For de observación en el que, por conveniencia, se ignora la masa del observador? Si es así, ¿eso significa que si permitimos que el observador tenga masa, y en ausencia de otras fuerzas, el observador y la partícula de prueba acelerarán ("caerán") uno hacia el otro?

La gravedad se extiende hasta el infinito, así que no, estrictamente teóricamente hablando, siempre hay algo de gravedad presente. En teoría, incluso en este caso podríamos tener puntos en el espacio donde las fuerzas gravitatorias se cancelen, pero dada la complejidad de nuestro universo, esto simplemente no sucederá en la práctica.

Como un punto de vista más relajado, hay puntos especiales alrededor de los objetos en órbita llamados puntos de Lagrange , donde las fuerzas gravitatorias de los dos objetos (por ejemplo, una estrella y un planeta) suman cero. Sin embargo, esos puntos reciben fuerzas gravitatorias de otros objetos (por ejemplo, de Júpiter en el caso del Sol y la Tierra). Además, como los dos objetos en cuestión también se mueven, estos puntos se mueven con ellos (oh, tampoco hay posiciones absolutas en el espacio de todos modos, pero ese es un título para otra historia)

Incluso si solo consideras los dos objetos, la gravedad no suma cero en ninguno de los cinco puntos de Lagrange.
@notovny sí, tienes razón, lo redacté de manera incorrecta: quería transmitir la idea de que las gravedades de esos dos objetos se equilibran
Además, todavía estás GRAMO METRO ( < R ) / R profundamente en el potencial de su galaxia.
No, los puntos de Lagrange son ceros vectoriales en la suma de las fuerzas gravitatorias reales más las fuerzas centrífugas (gradiente del potencial gravitatorio más un pseudopotencial ). Creo que si uno considera solo la gravedad newtoniana y establece algún marco de referencia, fácilmente puede tener ceros en el campo de fuerza gravitacional neto.
"La gravedad se extiende hasta el infinito". Eso es algo que posiblemente no podríamos saber. Las teorías que usamos actualmente para describir la gravedad así lo asumen y funcionan bastante bien, pero son teorías y no hechos, y sabemos que no son perfectas.
@MartinArgerami sí, creo que tiene sentido, pero preferiría seguir con la física convencional aquí y no especular demasiado. Es cierto que en caso de que las fuerzas se cuantifiquen, esto afectará al menos prácticamente cómo afecta la gravedad en grandes distancias.
@MartinArgerami y todo lo que vemos podría ser una simulación, o la gravedad podría ser un efecto residual de todas las hadas que nos rodean.
@eps: de cualquier manera, no hay forma de que podamos saber qué sucede arbitrariamente lejos. En realidad, si lo piensas bien, la mayoría de las "observaciones" ya dependen de la teoría y las suposiciones.
@tuomas: sí, si la gravedad está cuantificada, en principio debería ser posible tener lugares sin gravedad.
@MartinArgerami ¿Hay alguna razón para no pensar que las mismas leyes de la física que vemos aquí serían diferentes a distancias muy grandes? Las observaciones no dependen de la teoría y los supuestos, la interpretación de estas observaciones sí.
@MartinArgerami “Son teorías y no hechos” es una afirmación que no te lleva a ninguna parte. ¿Sabes algo de verdad?
@pela: No estoy seguro de adónde quieres ir. Si quieres discutir el realismo filosófico, ese es un tema complicado, pero que no tiene valor con respecto a la física. Pero considerar las teorías como hechos es un error bastante común que los científicos han cometido una y otra vez. La teoría de Newton fue un "hecho" durante cientos de años, hasta que dejó de serlo. Entonces, déjame preguntarte, ¿son las transformaciones de Galileo un "hecho"? ¿Son las singularidades en GR un "hecho"? ¿Son "hechos" los espacios de Hilbert en la Mecánica Cuántica? La física está hecha de teorías; los "hechos" son pocos.
La gravedad es distinta de cero en todos los puntos de Lagrange (solo para dos objetos estacionarios habrá un punto entre los objetos donde la gravedad es cero). Es por esto que existen los puntos de Lagrange. La fuerza gravitacional es compensada con precisión por las fuerzas centrífugas en estos puntos.
@MartinArgerami Ese era mi punto, en realidad. Realmente no sabemos nada a ciencia cierta, pero al menos dentro de la física convencional, sabemos algunas cosas lo suficientemente bien como para llamarlo "un hecho" creo que es bastante aceptable (lo siento si me mostré un poco hostil) .
@eps: bastante justo. Definitivamente entiendo de dónde vienes.

Creo que debemos tener un poco de cuidado con lo que estamos discutiendo aquí. La relatividad general establece que cuando un observador está en una geodésica, es decir, en caída libre, no experimenta gravedad. Ese es el famoso gedankenexperiment del ascensor que cae de Einstein. No es que la gravedad esté ahí pero no pueda medirse, o que esté ahí pero anulada por la aceleración equivalente; no hay período en el marco de referencia del observador sobre la geodésica.

En este sentido, para cada punto del universo existe un marco de referencia en el que no está presente la gravitación, a saber, el que se mueve a lo largo de la geodésica. Un ejemplo sería un haz de luz. En su propio marco de referencia, se mueve perfectamente en línea recta a través del espacio-tiempo. (O más bien, sentado perfectamente quieto en un universo inmutable y plano).

Ahora bien, es cierto que no hay observadores en forma de punto; lo que el hombre en el ascensor, así como cualquier otro observador con tamaño finito, puede observar es un gradiente que causa fuerzas internas dentro del observador (más precisamente, dentro del volumen de espacio finito observado). La razón es que las geodésicas de las diferentes ubicaciones en el espacio-tiempo dentro del volumen observado no son del todo paralelas en un campo gravitatorio no homogéneo. Un gradiente de gravedad se puede medir perfectamente dentro de un objeto extendido en caída libre; un ejemplo es la ISS . Solo algunos puntos de él están en caída libre perfecta, a saber, aquellos en la trayectoria orbital de su centro de masa; los otros son arrastrados o empujados.

Ahora bien, el efecto ya es bastante pequeño, incluso en el gradiente comparativamente pronunciado cerca de la Tierra; si elige una ubicación con muy poca gravedad para empezar y elige un punto de inflexión a la distancia correcta de los cúmulos de masa más cercanos, el efecto será extremadamente pequeño. Un buen lugar podría estar en un vacío intergaláctico. Mi intuición es que será indistinguible del ruido de fondo, como los fotones de la radiación de fondo de microondas, o las fluctuaciones cuánticas generales del vacío. Ah, y el experimento gedanken también requiere un observador sin masa porque cualquier masa local crearía gradientes mucho más fuertes, debido a su proximidad, que incluso masas muy grandes a grandes distancias, ahogando así cualquier sutil gradiente global.

Un gradiente de gravedad (fuerza de marea) también está presente para las partículas que se mueven en las geodésicas. Si una partícula cae libremente a la Tierra, la gravedad será cero para la partícula, pero el gradiente de gravedad no. Solo se verá que una partícula libre (en algún lugar del espacio exterior) que se vea en un marco acelerado no experimente fuerza de marea.
@Barbierium Sí, hay un gradiente pero no tiene sentido (e indetectable) para una partícula en forma de punto. Incluso si podemos asignar un valor al gradiente para cada punto en el espacio-tiempo, sigue siendo una diferencia entre dos puntos.
Sí, eso es verdad. Una partícula que cae libremente a la Tierra se ve estacionaria en un marco de caída conjunta. No hay fuerza de marea en la partícula (si es un punto). Solo dos (o más) partículas se alejarán entre sí lentamente (que es la forma en que puede ver si está en un marco descendente o acelerado).
Entonces, creo que esto aclara la versión físicamente significativa de esta pregunta: ¿es posible que haya regiones del espacio-tiempo que sean planas ? No aproximadamente o asintóticamente plano, sino plano. Creo que la respuesta es 'no' (en nuestro universo) pero no tengo ningún tipo de prueba de eso.
@tfb Estás cometiendo el mismo "error" que muchos cometen. No es una pregunta físicamente significativa preguntar si el espacio es plano en alguna parte. De eso se trata la relatividad. Localmente, no se puede saber si el espacio es plano o curvo. Estamos acostumbrados a ver el espacio curvo como una esfera 2d con protuberancias (muescas) en el espacio. Pero esto supone un espacio absoluto, que no está ahí. Se podría establecer en él una velocidad absoluta de la luz, que no existe. Esto está incluso en la base de la relatividad. Un astronauta siempre puede decir que es la Tierra acelerándole , mientras se queda quieto.
@Barbierium: no, no estoy cometiendo ese error, confía en mí. Como he dicho en otro comentario: sí, no se puede medir localmente la curvatura (localmente cualquier colector es como R norte ). Y dado que hay geodésicas en cada punto del espacio-tiempo, terminas con la respuesta de que la gravedad es cero en cada punto del espacio-tiempo ( también conocido como 'siempre puedes estar en caída libre'). Eso es cierto, pero tampoco es útil. Entonces, en cambio, para encontrar un significado útil , el obvio es medir la curvatura. Lo cual es perfectamente posible, pero no en un solo punto oa lo largo de una sola geodésica.
@tfq Pero medir la curvatura requiere mediciones no locales. ¿ Cómo se puede medir si el espacio se curva localmente ? Con una medida? Medirá cero en la ISS, pero no cero en la Tierra. Si dice que localmente cada variedad es R, entonces realizar mediciones no locales también será como R. Entonces, localmente, no todas las variedades son como Rflat R. Solo cuando la gravedad es cero. Las tangentes son como la R plana, no el espacio en sí.
@Barbierium Pero incluso la ISS es más grande que un punto...
@HagenvonEitzen Pero hay infinitamente muchos de ellos (puntos). Y en cada punto se puede ver que la gravedad es cero en la ISS. Sólo para diferentes puntos está presente una fuerza de marea (aunque en la ISS es prácticamente cero).
@Barbierium Las fuerzas de marea en la ISS ciertamente no son cero (si podemos creer en esta estimación, debería ser ~ 0.1 N para un módulo de una tonelada en la periferia).
@HagenvonEitzen Para la gran mayoría de los puntos dentro del volumen de la ISS, la gravedad claramente no es cero. La trayectoria de la ISS es una geodésica de su centro de masa. Por asociación, todos los puntos en esa trayectoria (una línea curva unidimensional) están en una geodésica y, por lo tanto, no experimentan la gravedad. Todos los demás puntos preferirían, aunque sea minuciosamente, ir a otra parte y seguir adelante con mano dura. Tenga en cuenta que esto supone una rotación que se alinea con su período orbital; de lo contrario, tiene fuerzas de marea en todas partes excepto en el centro de rotación debido a la rotación en un campo gravitatorio no homogéneo.
@HagenvonEitzen ¿La fuerza de marea es 0,1 (N)? Entonces esto significa que la ISS no está en caída libre. Si está en caída libre, la fuerza de marea no se puede medir debido a su pequeñez.
@tfb Estoy de acuerdo en que esta es la única interpretación significativa de la pregunta dentro de GR. Si la energía oscura está realmente bien descrita por la constante cosmológica, entonces la ecuación de Einstein indica que no puede haber una región (o incluso un punto) del espacio-tiempo en el que el tensor de curvatura desaparezca exactamente, salvo que exista masa negativa. De lo contrario, si el tensor SE de energía oscura fluctúa localmente, no creo que haya ninguna razón en principio para que no pueda haber algún subconjunto abierto de espacio-tiempo en el que el tensor de curvatura sea idénticamente cero, aunque parece bastante improbable.

Depende de cuál sea tu definición del Universo. Mientras haya masa, hay gravedad. La gravedad actúa infinitamente a la velocidad de causalidad, también conocida como velocidad de la luz. Algunos datos sugieren que hay una fuerza pequeña, pero presente en todas partes, que atrae objetos muy lejanos en direcciones opuestas, esencialmente agregando más espacio entre la materia, pero solo donde hay muy poca masa. Dado que el universo tiene muchos fragmentos de espacio de baja masa, los objetos muy lejanos tendrían que viajar más rápido que la luz para llegar a nosotros, pero sabemos que eso no va a suceder. En cada momento, algunos fragmentos de materia muy lejanos caen más allá de este límite después del cual su influencia no puede influir en nosotros.

Ahora imagine un fotón, que por supuesto no tiene masa, viajando en una dirección que está vacía, aparte de los objetos que están tan lejos que se agrega espacio entre el fotón y esos objetos, a un ritmo más rápido que la velocidad del fotón. Una vez que el fotón alcanza una distancia de la fuente, de modo que el espacio detrás de él se agrega a una velocidad mayor que la velocidad del fotón, ese trozo de espacio donde existe el fotón no tendría gravitación teórica.

Esto es más un experimento mental que otra cosa. No solo no se puede crear un observador sin masa de un espacio libre de gravedad, sino que, por definición, esa parte del espacio estaría causalmente desconectada de todo lo demás. En otras palabras, preguntaste si puede haber un lugar que no esté relacionado con una fuerza que lo relacione todo, y te digo que sí, pero solo si definimos ese espacio como un espacio que no se relaciona con nada. También podrías considerar eso como un no.

Además, si tenemos un solo fotón viajero y nada más a su alrededor, no solo el tiempo pierde sentido, sino también el espacio. ¿Es correcto decir que el espacio se expande si no hay espacio? Y si un espacio no tiene espacio-tiempo, es un universo. ¿También consideraría que el no-espacio-espacio, que contiene un solo fotón, que se origina en nuestro universo, es parte de nuestro universo, ya que nunca pueden interactuar entre sí? Están vinculados entre sí por su pasado, pero seguramente no por su futuro.

No soy astrofísico, pero creo que la esencia es que las matemáticas y la física que generalmente usamos para describir la realidad no prohíben la existencia de un lugar sin gravitación, pero dadas las mismas matemáticas y física que usamos, es un lugar muy aburrido sin ninguna propiedad significativa. Un lugar sin gravitación parece un lugar divertido para explorar, aunque solo sea en tu mente, pero es tan divertido como estar varado para siempre en una isla desierta, donde tú eres la isla.

Si entiendo la teoría de Einstein (y si realmente es correcta), entonces la gravedad es la forma del espacio. Esa forma se la impone la masa. Así, si hay masa en el universo, debe haber gravedad.

Dado que (según la teoría del Big Bang) todo el espacio y la masa alguna vez fueron un solo punto (o algo realmente pequeño) que se expandió a menos de la velocidad de la luz, todo el espacio debe verse afectado por esa masa, por lo que la gravedad debe existir en todas partes.

Supongamos que el universo consta de solo una esfera hueca. El diámetro de la esfera no importa, pero requerimos que el caparazón de la esfera tenga un grosor uniforme.

La esfera tendrá una masa finita, por lo tanto, si un observador a cualquier distancia de la esfera midiera el campo gravitatorio resultante, encontraría un campo distinto de cero y, por lo tanto, una fuerza en la dirección de la esfera. Dicho esto, no hay lugar fuera de la esfera que no tenga fuerzas gravitatorias.

Sin embargo, dentro de la esfera es otro asunto. No habrá fuerza sobre un objeto dentro del caparazón de la esfera. Todas las contribuciones de fuerza de la masa de la esfera se cancelarán. En este universo imaginario, no hay fuerza gravitacional dentro de la parte hueca de la esfera.

Alguien mencionó que la Estación Espacial, al estar en órbita, hizo que el interior no tuviera gravedad. Esto no es del todo correcto: hay fuerzas de microgravedad medibles. Estos se deben al hecho de que el mundo real no consiste solo en la tierra y el vehículo en órbita. Las fuerzas gravitatorias de las mareas, las concentraciones de masa en la tierra, el arrastre de la Estación desde la atmósfera residual a su altura orbital: todo contribuye a unas fuerzas gravitatorias muy pequeñas en el interior.

Por supuesto, hay gravedad dentro de una estación espacial en órbita, de lo contrario no estaría en órbita. Casi no hay aceleración de un astronauta en relación con la estación espacial porque ambos orbitan juntos.

Puedo pensar en un lugar. ¡Dentro de la ISS la gravedad es cero! Si subes y entras en la estación experimentarás esto. Ninguna fuerza gravitatoria te tirará hacia abajo.

Entonces, dentro de la ISS, ciertamente hay lugares (puntos) donde no hay gravedad. Existe una fuerza de marea muy, muy pequeña en estos puntos, pero para todos los propósitos prácticos, esto puede ignorarse por completo. Teóricamente, existen fuerzas de marea, por lo que existe la gravedad, pero desde un punto de vista experimental, estas pueden ignorarse.

Solo si la ISS estuviera orbitando un agujero negro, los astronautas podrían sentarse en el suelo de la ISS. Probablemente se estirarían más allá de la comodidad...

Entonces, dos partículas en la ISS, inicialmente en reposo entre sí, siempre permanecerán en reposo entre sí. En un futuro muy lejano tendrán una pequeña velocidad observable. Sería un buen problema averiguar cuánto tiempo lleva...

Si bien la gravedad en el universo puede ser cero, el potencial debido a la gravedad es distinto de cero en todas partes. Incluso entre las galaxias más distantes, el potencial no es cero, mientras que la fuerza de gravedad entre las galaxias puede ser positiva, cero o negativa.

Los comentarios no son para una discusión extensa; esta conversación se ha movido a chat .
Dentro de la ISS, la gravedad es aproximadamente el 95% de la normal en la superficie terrestre.
@Mark No si te caes. Para un astronauta, hay 0% de la gravedad de la Tierra.
@Barbierium, si caes junto con la ISS, eso se debe a la gravedad. Eso es lo que mantiene a la ISS (ya todo y a todos en ella) en órbita. Que la gravedad no te presione contra el interior de la estación de ninguna manera significa que no haya gravedad.
@JohnBollinger Pero, ¿cómo sabrá si las ventanas están cerradas? Esto es exactamente lo que Einstein quiso decir con su principio de equivalencia. No hay forma de saber. E incluso si miraste hacia afuera, siempre puedes decir que es la Tierra acelerando hacia ti. Visualizar a la Tierra como presente en un espacio-tiempo absolutamente curvo es incorrecto. De eso se trata la relatividad. Es el principio de equivalencia, sobre el que se construye la relatividad general. Nunca se puede saber quién de dos observadores está en movimiento absoluto. Sólo cuenta el movimiento relativo.
@JohnBollinger Entonces, si te caes, es porque la Tierra acelera hacia ti. A pesar de que la superficie de la Tierra permanece estacionaria. Puede permanecer estacionario porque acelera hacia afuera al mismo ritmo que el espacio se mueve hacia adentro. En este espacio, los astronautas están estacionarios (sin gravedad) y la Tierra acelera (gravedad).
@Barbierium, si desea presentar un argumento basado en un marco de referencia que no acelera, entonces no necesita poner a una persona en órbita terrestre, y mucho menos dentro de la ISS, para hacerlo. Puede elegir un cuadro sin aceleración en cualquier parte del universo que desee. Sin embargo, la ausencia resultante de fuerza neta en ese punto es una característica del marco de referencia elegido, no una propiedad inherente de la ubicación, por lo que este enfoque no produce una respuesta satisfactoria a la pregunta planteada.
@JohnBollinger Ahora lo estás entendiendo. De hecho, puedes encontrar estos puntos en todas partes del universo. Entonces, la visión de que el espacio-tiempo es absolutamente curvo es solo una suposición incorrecta. También podrías imaginar la totalidad del espacio-tiempo como no curvo. Desde el principio, aprendes que el universo es una variedad 3D con hendiduras locales. Pero este es un punto de vista relativo, no absoluto. Este absoluto no existe en GR. De eso se trata la relatividad.
Si eso es lo que quiere decir, entonces esta respuesta hace un mal trabajo al transmitirlo. Además, creo que se pierde el punto del OP, excepto en la medida en que el comentario pasajero de que "el potencial debido a la gravedad no es cero en todas partes" aborda lo que el OP realmente quiere saber.
Todo dentro de la ISS experimenta gravedad local , porque esas cosas tienen masa y la ISS tiene masa. Si la única cosa macroscópica "flotante" dentro de la ISS fuera una mota de polvo sin carga, inevitablemente aceleraría hacia el caparazón de la ISS. El único lugar donde no existe la gravedad es un lugar donde no se puede observar masa. Incluso en caída libre, no tiene sentido postular que el observador tiene un solo marco de referencia.
¿Hay lugares en el Universo sin gravedad?
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