¿Cómo visualizan los físicos y los matemáticos el espacio-tiempo y cómo la gravedad lo deforma?

Answer 1

Einstein nos dio la respuesta a la gravedad, deformado espacio / tiempo. Y le dijo dónde buscarlo, la curvatura de la luz en un campo gravitacional. El 19 de mayo de 1919, el astrónomo Arthur Eddington tomó una fotografía de una constelación que se alineó detrás del Sol durante un eclipse solar, y confirmó la predicción de Einstein sobre la curvatura de la luz en un campo gravitacional. Las imágenes de estrellas de fondo se alejaron del Sol, como si estuvieras viendo la constelación a través de una gran lente positiva. Einstein describió la mecánica de esta observación al imaginar una serie de ascensores saliendo de la superficie del Sol; la luz ingresa al elevador en un nivel más alto en el lado más alejado, y luego sale en un nivel más bajo en el lado más cercano a nosotros. A medida que la luz atraviesa ascensor tras ascensor, su trayectoria se dobla para que las imágenes de la estrella parezcan estar en un ángulo mayor lejos del Sol (” La evolución de la física ” © 1938 por Albert Einstein y Leopold Infeld página 220).

El tiempo es el segundo factor en este enigma. Los elementos se pueden identificar por la luz que irradian debido al número y posición únicos de electrones en sus niveles de capa de energía de electrones donde los fotones son absorbidos y emitidos, lo que resulta en líneas espectrales oscuras que distinguen cada elemento. Usando estas líneas espectrales como marcadores de longitud de onda de luz; las ondas de luz cambian de color rojo para cada elemento cuando proviene de una estrella masiva, esto significa que la luz de elementos específicos viaja más lejos en una longitud comparable cuando proviene del ritmo de tiempo más lento de una estrella masiva. La estructura del espacio se estira como se ilustra en los diagramas de incrustación gravitacional en el centro de masa, lo que permite que tanto la luz proveniente como la materia que se mueve hacia el centro de masa se mueva más rápido. La gravedad es el resultado de moverse más lejos / más rápido a través de los ascensores ascendentes hacia el ritmo de tiempo más lento y luego ser detenido por la superficie del planeta, el cambio en el momento demora el cambio en la velocidad, que se siente como desaceleración / gravedad. La gravedad es la energía cinética del momento.

Estos ascensores ascendentes pueden fluir entre sí y mejorar el efecto mutuo, haciendo que las galaxias giren como una sola unidad; una galaxia gira como si hubiera dibujado las estrellas en este papel, luego gira el papel, de lo contrario la galaxia perdería su forma en una sola rotación. En una galaxia espiral, las estrellas se mueven a través de los flujos cruzados (hacia atrás y hacia adelante) del espacio, agregando a su energía cinética (la materia oscura que falta) y manteniendo la galaxia en el paso de bloqueo a velocidades inesperadas en relación con lo que esperamos, una mayor velocidad para mantener órbitas externas. En un punto distante de la fuente de gravedad, el impulso hacia el campo se debilita lo suficiente como para causar la expansión del universo. Donde más materia se congrega, se proporciona más espacio generando una distribución homogénea de la materia en todo el universo.

Answer 2

Soy físico pero nunca he hecho ningún trabajo serio con la relatividad. Sin embargo, la relatividad era un requisito. La relatividad especial es parte del plan de estudios en mecánica clásica y teoría electromagnética clásica. Pasé todo. He leído mucho sobre la relatividad general por mi cuenta, por razones puramente recreativas.

Los cursos de mecánica clásica que tomé no enfatizan la cinemática de la relatividad. Enfatizan la dinámica de la relatividad, especialmente la cinética de la relatividad. Entonces te muestran diferentes formas de calcular las fuerzas entre dos partículas en la relatividad. Muestran cómo diferentes observadores ven el campo electromagnético. Se dedica muy poco tiempo a las “paradojas” percibidas en la relatividad.

Lo que hago cuando estudio la relatividad es tratar de sortear la cinemática de la relatividad. Por lo tanto, no trato de imaginar un continuo espacio-tiempo. Lo que intento imaginar es cómo la relatividad cambia las fuerzas mecánicas entre los cuerpos. Trato de imaginar cómo observadores diferentes ven la misma fuerza de contacto, o la misma fuerza de fricción, o el mismo campo electromagnético, o, a veces, incluso el mismo campo de gluones.

Cuando hago un problema en relatividad, comienzo dibujando un diagrama de fuerza vectorial como Newton lo habría dibujado. Luego trato de aplicar la relatividad a este diagrama para ver cómo Einstein habría dibujado un diagrama de fuerza vectorial. Trato de evitar pensar en el “flujo del tiempo” y me concentro en cómo los diferentes observadores perciben las fuerzas.

Hay problemas de estrés, que resuelvo con leyes de escala. No dejo mis estudios de ciencias de los materiales en la puerta. Llevo un registro del estrés en el problema, aunque en general es insignificante. Einstein en sus artículos hizo la aproximación física local, lo que significa que los instrumentos de medición son demasiado pequeños para ser afectados por el estrés.

El tiempo realmente no ‘fluye’ en física. En cambio, las fuerzas actúan sobre el oscilador en un reloj. Las razones por las que los relojes no se sincronizan se deben al estrés. Afortunadamente, el estrés no afecta a un oscilador muy pequeño. Entonces ‘tiempo’ es una lectura en un reloj muy pequeño.

El espacio se ‘deforma’ porque las fuerzas están distorsionando las reglas utilizadas para medir la longitud. El ‘estrés’ en una regla se puede medir por medios ópticos. El estrés no afecta a los gobernantes pequeños. Entonces la longitud es una lectura en una regla muy pequeña.

Al hacer problemas en el trabajo del curso, los estudiantes a menudo analizan diagramas de fase utilizando las variables conjugadas para espacio y tiempo. En lugar de espacio y tiempo, analizan el impulso y la energía. Nuevamente, uno puede mirar un diagrama de fase y modificarlo de acuerdo con la relatividad. El impulso y la energía son a menudo más fáciles de imaginar que el espacio y el tiempo.

A veces leo un artículo popular sobre relatividad solo por diversión. Cuando el artículo comienza a discutir cómo la gravedad afecta el espacio y el tiempo, trato de visualizar cómo la gravedad afecta las fuerzas mecánicas en el problema. Intento imaginar un campo gravitacional con perturbaciones relativistas. Trato de imaginar cómo fluye la energía tanto en un universo newtoniano como en un universo de Einsteinium.

Cuando entiendo cómo la gravedad afecta las fuerzas mecánicas en el problema, a veces vuelvo al análisis del tiempo y el espacio. Después de todo, los relojes solo funcionan debido a fuerzas internas. Cada reloj tiene un oscilador con un cuerpo corpóreo que está bajo la influencia de una fuerza mecánica. Si entiendo cómo la gravedad afecta la fuerza mecánica, entonces puedo imaginar cómo afecta el reloj. Del mismo modo, los gobernantes mantienen su forma solo debido a sus fuerzas internas, que generalmente son de naturaleza elástica. Si puedo imaginar cómo la relatividad modifica una fuerza elástica, entonces puedo entender cómo afecta a la regla.

El observador como otro cuerpo corporal, unido por fuerzas internas. Puede haber varios observadores en el problema, cada uno de los cuales ve a los otros observadores como cuerpos corporales ordinarios. Analizo a fondo cómo cada observador individual ve a los otros cuerpos en el problema. Lo trabajo un observador a la vez.

Las ‘paradojas’ se contemplan solo después de que entiendo un poco sobre qué fuerzas están actuando sobre qué cuerpos corporales en el problema. Muy a menudo, la paradoja se puede resolver cuando entiendo qué fuerzas están sufriendo un retraso de tiempo.

Resumen: visualizo el espacio-tiempo visualizando un diagrama de fuerza vectorial. Me aseguro de conocer las fuerzas que actúan sobre todos los cuerpos corporales en el problema, incluido el observador. Mi percepción de la relatividad es que es una modificación extraña de Principia. Me gustan las modificaciones raras.

Answer 3

Actualmente, los físicos no tienen idea de cómo el espacio-tiempo posee sus propiedades y cómo se crea un campo gravitacional mediante partículas que contienen masa, pero lo que es peor, no saben la forma en que una partícula crea un campo de energía.

La razón por la cual la gravedad no puede explicarse de la misma manera que las otras fuerzas es porque los campos de energía asociados con otras fuerzas se basan en la energía cinética dentro de la estructura interna de las partículas. Cualquier intercambio de energía entre partículas tiene la forma de una partícula portadora asociada con la fuerza. El movimiento de la energía está representado por una partícula y es por eso que estas fuerzas están asociadas con una partícula portadora. El campo de energía de la gravedad es el resultado de un gradiente de energía potencial creado por una partícula existente dentro del espacio-tiempo. No hay movimiento de energía asociado con estos campos de energía y, por lo tanto, ninguna partícula portadora está asociada con las fuerzas de este campo de energía.

Además, pregúntele a un físico sobre la gravedad causada por la deformación del espacio-tiempo y obtendrá una respuesta que básicamente dice que la teoría de Einstein muestra que la masa contenida dentro de la materia deforma el espacio-tiempo. Sin embargo, el propio Einstein no tenía idea de cómo la masa “deformaba” el espacio-tiempo. Dio una charla una vez diciendo que el espacio-tiempo tenía que ser un medio (éter) diferente a cualquier otro que se haya considerado.

Einstein: éter y relatividad

La intuición de Einstein era correcta incluso en aquel entonces a pesar de la creencia común sostenida durante los últimos 100 años de que el espacio-tiempo no estaba hecho de nada (aunque recientemente veo una tendencia de que el espacio-tiempo debe estar hecho de algo). Entonces el problema persiste … ¿Cuál es el mecanismo por el cual la masa deforma el espacio-tiempo?

La Teoría de todo de Gordon muestra que el espacio-tiempo es un medio de energía compuesto por un componente de construcción llamado Punto omnipresente de Gordon (o la entidad de DIOS). La representación matemática de esta entidad es la razón # 6 y la más problemática de las diez razones principales por las que los físicos no han podido descifrar la teoría de todo.

La teoría de todo … ¿Qué tardó tanto?

La teoría de todo de Gordon da el mecanismo exacto de cómo se genera la fuerza de gravedad. El modelo físico que Einstein ha presentado no es correcto a pesar de que las matemáticas son muy precisas. Debido a esto, será casi imposible que los físicos acepten aunque sepan que algo tiene que estar mal con GR o QM o con ambos, ya que no pueden unir estas dos teorías.

El modelo Gordon muestra que la energía en las partículas que contienen masa extiende su energía al infinito (sí, incluso la energía de su masa se extiende al infinito). La energía de la partícula no puede convertirse en la energía del espacio-tiempo y la energía del espacio-tiempo no puede convertirse en la energía de la partícula (si eso fuera posible, no existiría nada más que el espacio-tiempo en el universo). Cuando existe una partícula dentro del espacio-tiempo, el porcentaje de energía del espacio-tiempo disminuye relativamente en comparación con la energía total en la región (energía del espacio-tiempo y energía de las partículas). A medida que aumenta el porcentaje de la energía de la partícula en una región del espacio-tiempo, el porcentaje del espacio-tiempo disminuye del 100% en comparación con si la partícula no estaba allí. Dos partículas que contienen masa forman gradientes de energía competitivos, uno de disminución de la energía del espacio-tiempo cuanto más te acercas a una partícula a medida que la energía de la partícula aumenta cuanto más te acercas a una partícula. Estos gradientes de energía deben cancelarse exactamente entre sí. Pero debido a que existe una pequeña discrepancia de lo que cada gradiente de energía percibe como distancia, el gradiente de energía del espacio-tiempo gana un poco para crear la fuerza de atracción gravitacional.

Answer 4

Creo que lo más destacado es que no es necesario visualizar lo que está sucediendo para utilizar la teoría para hacer predicciones válidas y comprobables y tener una comprensión sólida de la teoría. En muchos casos de la vida cotidiana, la comprensión que uno tiene de algo está vinculada a las concepciones visuales, puede “ver lo que está sucediendo”, por así decirlo. Con la relatividad general, la mayoría de las veces no visualizo, ni necesito visualizar todo lo que está involucrado en los cálculos que hago. La deformación de una variedad de 4 dimensiones es algo que simplemente no somos capaces de visualizar de todos modos, pero eso no importa. Matemáticamente, la mayoría de las ideas clave de los espacios, como volúmenes, áreas, longitudes, etc., se generalizan de manera directa a dimensiones superiores de una manera matemáticamente difícil de trabajar. Lo que realmente importa en la relatividad general es no ser capaz de visualizar exactamente lo que está sucediendo, sino comprender el formalismo matemático y, de manera crucial, comprender y apreciar los postulados físicos que Einstein formuló originalmente su teoría.

Answer 5

No necesita ver geometría de cuatro dimensiones para medirlo. Alguien atrapado en la superficie bidimensional de un globo que no puede ver la tercera dimensión podría descubrir que su universo no es plano mediante el siguiente experimento: dibuje un triángulo muy grande y mida la suma de los ángulos, si no obtiene 180 grados su geometría bidimensional es curva. Del mismo modo podemos hacer mediciones indirectas de curvatura.

Los físicos profesionales realmente no usan las ilustraciones del tipo de programa de televisión para GR de ninguna manera (en realidad, muchos las odian), estamos satisfechos de conocer el tensor de Riemann.

Answer 6

Puede ser muy difícil imaginar el espacio-tiempo de 4 dimensiones, y la esfera que presiona la hoja de 2 dimensiones ya es una anología defectuosa, entonces, ¿cómo saben los físicos que los experimentos corresponden a la teoría? Bueno, usamos las matemáticas, para ser precisos, resuelves algo llamado ecuaciones de campo de Einstein Ecuaciones de campo de Einstein. Puede obtener datos específicos a partir de aquí, como la marcación del tiempo o la órbita pertubada del mecurio.

Editar:
Bien, realmente quiero que este punto pase. Hay formas de generalizar el resultado en 2 dimensiones y proyectar (algunas) imágenes de 3 o 4 dimensiones en 2 dimensiones, es decir, una pantalla. Sin embargo, no es realmente necesario. La hoja de ruber bidimensional le da una idea de lo que está sucediendo, pero es realmente suficiente para casos generales para dibujar diagramas o gráficos u otras secciones bidimensionales, de dialaciones temporales o geodésicas (básicamente líneas de campo de gravedad equivalentes) o espacio-tiempo o lo que no tienes Que es lo que harían los físicos. Ser un buen físico requiere tener una imaginación vívida de todos modos.