¿Existe realmente la gravitación a nivel de las partículas?

Question

Según tengo entendido, solemos hablar de gravedad a macroescala, con "objetos" y su(s) "centro(s) de masa". Sin embargo, puesto que la gravedad es una propiedad de la masa en general (al menos según la interpretación clásica), debería aplicarse también a las partículas individuales portadoras de masa.

¿Se ha demostrado esto experimentalmente? Por ejemplo, aislando dos partículas de alguna manera y observando después una atracción entre ellas no explicada por otras fuerzas.

Para plantear la pregunta de otra manera, digamos que tengo la hipótesis de que la gravitación es sólo una propiedad emergente de sistemas más grandes, y nuestras ecuaciones conocidas sólo se aplican a sistemas por encima de algún límite inferior de tamaño. ¿Existe algún experimento que refute razonablemente esta hipótesis?

Answer 1

Para la interacción de una masa pequeña (a escala atómica) y una masa grande, las mediciones de la atmósfera terrestre que cualquiera podría hacer con un barómetro casero y una montaña cercana constituyen una confirmación experimental directa. Encontramos más moléculas de gas a baja altura que a gran altura. Sólo la gravedad actuando sobre cada molécula de gas de forma independiente podría ser responsable del comportamiento observado: se comportan como un gas, pero no se limitan a flotar y distribuirse uniformemente por el cosmos, sino que se agrupan formando un gradiente de presión que apunta hacia el centro del planeta.

Para la interacción de dos masas pequeñas, en lugar de una masa pequeña y la Tierra, o grandes distribuciones de masas pequeñas (por ejemplo, formación de nebulosas), lo más pequeño que he leído es esto del año pasado, usando esferas de oro de ~90mg. Véase arXiv: 2009.09546 [gr-qc] .

Answer 2

He aquí una manera fácil de comprender lo difícil que sería hacer la medición directa que usted propone.

Tome dos protones y colóquelos a un centímetro de distancia. Ejercerán una cierta cantidad minúscula de atracción gravitatoria, que mediremos por algún medio mágico, y una cierta cantidad de repulsión electrostática, que también mediremos.

Ahora bien, ¿a qué distancia tendríamos que separar esos dos protones para que la intensidad de la fuerza electrostática que experimentan disminuyera hasta el punto de ser tan débil como la fuerza gravitatoria que experimentan cuando están separados por un centímetro? Respuesta: 1,8 años luz.

Esto significa que al realizar experimentos en los que tenemos que tener en cuenta las fuerzas electrostáticas entre partículas subatómicas individuales, esas fuerzas serán más fuertes que las fuerzas gravitatorias entre ellas por un factor de (1,8 años luz/1 centímetro).

Y eso significa que no tenemos ninguna esperanza de medir nunca, jamás, directamente la fuerza de atracción gravitatoria entre dos protones en un experimento: la fuerza electrostática abrumará completamente ese experimento.

Answer 3

Por cierto, las partículas pequeñas reaccionan con las grandes: Experimentos se han realizado con neutrones en un campo gravitatorio. La fase de su función de onda se desplazó, como se demostró por interferencia. Si el neutrón no tuviera su propio campo gravitatorio, ¿reaccionaría? ¿Se aceleraría un electrón sin carga en un campo eléctrico? Para reflexionar.

Answer 4

Eso es exactamente lo que observamos cuando miramos al cielo nocturno y vemos que las galaxias se forman a partir de nada más que polvo.

¿Se ha preguntado alguna vez por qué estamos aquí para hacer esta pregunta? Porque en el universo primitivo la gravedad unió partículas que en realidad no eran más que polvo, formando galaxias, sistemas solares, etc.

Como nota al margen, si la gravedad no existiera a nivel de partículas, esto haría muy difícil explicar los halos de materia oscura alrededor de las galaxias, ya que estas partículas sólo interactúan a través de la gravedad.

Como la materia oscura no se disipa, ya que sólo interactúa gravitatoriamente, permanece distribuida fuera del disco en lo que se conoce como halo oscuro.

https://en.wikipedia.org/wiki/Galaxy_formation_and_evolution

Así pues, a nivel de partículas, la existencia de sistemas complejos (ligados gravitatoriamente) es la prueba misma de que la gravedad (entendiendo cómo liga el simple polvo de partículas) funciona realmente a nivel de partículas.

Answer 5

Espectrómetro de masas

No recuerdo el nombre formal del instrumento, pero pude visitar un laboratorio de la Universidad Estatal de Ohio que disponía de espectrómetros de masas que lanzaban moléculas individuales ionizadas unos metros por encima de una columna y esperaban a que pasaran por un detector al caer por efecto de la gravedad. Las moléculas orgánicas no son masas puntuales, pero son lo más parecido a lo que se puede medir con fiabilidad. En su momento, el instrumento se consideró el mejor de su clase, y de esto hace sólo unos años.