44 votos

¿Por qué la velocidad de un objeto afecta a su trayectoria si la gravedad deforma el espacio-tiempo?

Creo que entiendo la idea de pensar en la gravedad no como una fuerza que tira de un objeto hacia otro objeto, sino como una deformación del espacio de manera que un objeto que se mueve en línea recta acaba siguiendo una trayectoria que lo acerca al objeto, como dos personas en el ecuador que se dirigen al Norte y acaban en el mismo punto aunque lo único que hicieron fue avanzar.

Lo que no entiendo es por qué la velocidad a la que viaja el objeto afectaría a la trayectoria que sigue si todo lo que hace es avanzar y es de hecho el espaciotiempo el que se dobla alrededor del planeta. Puedo entenderlo fácilmente en la mecánica clásica como dos fuerzas que se contrarrestan, pero no puedo visualizar lo que ocurre en un modelo de gravedad como espacio deformado.

Imagina un gran planeta y dos objetos que pasan junto al planeta, ambos con el mismo rumbo.

Uno es más lento que el otro. El objeto lento es capturado por el planeta y cae en una órbita (o al propio planeta si es demasiado lento para hacer una órbita). Si he entendido bien, este objeto simplemente avanza en el espacio, pero el propio espacio se dobla de modo que su trayectoria lo lleva ahora hacia el planeta. Pero nada ha sacado al objeto de su curso original.

El otro, un objeto que se desplaza rápidamente, tiene su trayectoria ligeramente torcida, pero vuela más allá del planeta y se aleja en el espacio. Lo mismo, simplemente se mueve hacia adelante y de nuevo su trayectoria se dobla en virtud de que el espacio mismo se dobla

Si estos dos objetos se mueven simplemente en línea recta a través del mismo espacio-tiempo doblado, yendo ambos sólo "hacia adelante", ¿cómo podría la velocidad de un objeto causar una trayectoria menos doblada hacia el planeta que la del otro? Seguramente uno solo viaja a través del mismo espacio tiempo igualmente doblado más rápido que el otro.

Estoy seguro de que me estoy perdiendo algo, pero no puedo encontrar una buena explicación, la mayoría de las explicaciones que puedo encontrar en línea sobre la visión de la gravedad como el espaciotiempo curvado ignoran por completo la velocidad a la que el objeto atrapado por la gravedad está viajando.

Seguimiento

Sólo quiero dar las gracias a todos los que han respondido a esta pregunta, me ha sorprendido lo mucho que la gente se ha preparado para formular las respuestas. No he elegido una respuesta aceptable, ya que no me siento capacitado para saber cuál es la mejor explicación, pero todas son muy buenas y me han ayudado a ampliar mi comprensión de este tema.

3voto

foolishmuse Puntos 25

De forma muy simplificada, lo que estás pensando sólo ocurre en un agujero negro, donde el espacio-tiempo realmente forma un círculo completo alrededor del cuerpo, por lo que incluso la luz simplemente viajará en un círculo completo. De lo contrario, con cualquier cosa que no sea un agujero negro, la curvatura en la que estás pensando es sólo parcial.

Probablemente sepas que si dejas caer una bala de tu mano, y si disparas una bala horizontalmente, ambas caerán al suelo al mismo tiempo. (Digamos 1 segundo). Esto se debe a que ambas reciben el impacto de la gravedad (la curvatura del espacio-tiempo) a la misma velocidad. Pero qué pasa si disparas una bala de muy alta velocidad horizontalmente. Aunque caerá a la misma velocidad que las otras balas, viaja mucho más lejos en 1 segundo, por lo que la curvatura de la tierra se convierte en un factor. Así que no golpeará el suelo en 1 segundo porque el suelo se ha alejado de él. Lo mismo ocurre si se pasa a objetos aún más rápidos, como un avión de combate que viaja a mach 3, tardará aún más porque la curvatura de la tierra y el suelo se han alejado aún más. Esto se hace muy evidente con un rayo de luz. La luz se curvará de la misma manera, pero en 1 segundo habrá viajado mucho más allá de la tierra y ya no está sujeta a la gravedad terrestre. Pero si tuviéramos un planeta muy, muy grande y muy, muy plano, entonces sí que la bala caída, la bala disparada y el rayo de luz llegarían al suelo exactamente al mismo tiempo.

2voto

MichaelOryl Puntos 105

En 4 dimensiones una velocidad diferente ya es un camino diferente.

Dado que el espaciotiempo está deformado, no debería ser extraño que la parte de la trayectoria en las tres dimensiones espaciales también pueda diferir en función de la inclinación en la cuarta.

2voto

Thinker Puntos 330

Exactamente esta cuestión se abordó en pp. 32-33 de Gravitación por Misner, Thorne y Wheeler:

¿Cómo es posible que las huellas de una pelota y de una bala se curven de forma tan diferente si esa curvatura surge de la geometría del espacio? ... Representadas en el espacio-tiempo (C), las huellas de la pelota y de la bala parecen tener una curvatura comparable.

1voto

guest Puntos 18

Tienes toda la razón cuando dices que la razón por la que las cosas caen es porque toman caminos rectos en el espacio tiempo y es el espacio tiempo el que se curva... Tengo dos argumentos...el segundo es una conjetura(pero viene de la relatividad especial, Es a usted para aceptar la respuesta que usted piensa es más correcto)-

el primer argumento-

La razón por la que algo tiene que tomar un camino recto es porque se mueve en el tiempo. Por ejemplo, la razón por la que algo se cae cuando se deja caer algo es porque tiene que moverse hacia adelante en el tiempo y el espacio-tiempo está curvado alrededor y dentro de la tierra. Sigue una línea recta de coordenadas espacio-tiempo (esa línea, por supuesto, va hasta el infinito en la dirección del tiempo, como en el gráfico y=1, donde x es la coordenada del tiempo)... Ahora piensa en las dimensiones del espacio-tiempo por las que se mueven los objetos... se mueven a través del espacio y del tiempo, ambos... a diferencia del último ejemplo, en el que un objeto sólo se movía a través del tiempo... por lo que realmente (en absoluto) tiene que seguir una trayectoria recta. Puede desviarse de la línea de coordenadas espacio-tiempo ...Y si se desvía lo suficiente entonces no es atrapado por la gravedad... La razón por la que el objeto más pequeño cae es porque no se desvía lo suficiente...

Este es mi segundo argumento (mi favorito).

En la relatividad especial un objeto en movimiento dilataría el tiempo, es decir, el tiempo fluiría más lento para él... ahora la tasa de flujo del tiempo para el objeto que se mueve más rápido es menor que la del otro que se mueve más lento... Como dije antes la razón por la que un objeto cae es porque tiene que seguir una trayectoria recta a través del espacio-tiempo ya que se mueve a través del tiempo. Pero aquí el tiempo se ralentiza por lo que la componente temporal no es tan fuerte como la componente espacial para el objeto que se mueve más rápido. Así que se mueve lentamente en la línea de coordenadas del tiempo y más rápido en la línea de coordenadas del espacio. En cuanto al otro objeto ocurre lo contrario (¿no es genial? conectar las principales teorías de Einstein...)

Espero que tengas la respuesta a tu pregunta

i-Ciencias.com

I-Ciencias es una comunidad de estudiantes y amantes de la ciencia en la que puedes resolver tus problemas y dudas.
Puedes consultar las preguntas de otros usuarios, hacer tus propias preguntas o resolver las de los demás.

Powered by:

X