La Luz y la curvatura del Espacio – Tiempo Sergio David González Ramírez código 214509 Estudiante de Física III, Universidad Nacional I.BREVE INTRODUCCION A LA FISICA RELATIVISTA. Como usted seguramente sabe, la física newtoniana, la misma que nos enseñan en el colegio, no es indiscutible ni mucho menos absoluta. Si bien es cierto que para la mayoría de los cálculos físicos cotidianos lo hacemos, esto no significa que para cualquier parte de donde exista materia (llámese sol, un agujero negro, o incluso el universo mismo) las ecuaciones que conocemos sean la ultima palabra para describir los fenómenos físicos que existen y que se manifiestan en todas partes y en todo momento. Es de esta manera como surge la física relativista (no se asuste si nunca ha tenido contacto con ella). Esta física demuestra, básicamente, que todo lo que nosotros consideramos inmodificable en nuestras ecuaciones de newton, de hecho lo es, sobre todo algo que sentimos toda nuestra vida. El tiempo. Hagamos un análisis simple de esto. El tiempo se concibe como una medida inmodificable dada por el mismo ser humano para poder distinguir y clasificar espacios en donde se presentan hechos. Es así como podemos dar una medición de tiempo para la distancia que recorre un carro el anillo vial de la universidad Nacional, o el periodo en el que un estudiante X camina desde la entrada del aeropuerto hasta que se sienta en el avión. Pero la física relativista nos dice que no trascurrirá el mismo tiempo para el auto o para el estudiante que para cualquier otro objeto o persona que este viendo ese fenómeno desde afuera. De igual manera sucede en términos relativistas, con la única diferencia que los cambios notorios solo son perceptibles a grandes velocidades. Para entender mejor esto, supongamos al estudiante X que se subió a nuestro avión. Probablemente la sensación de tiempo trascurrido no sea igual para todos dentro del avión, pero esa sensación se podría explicar como consecuencia de la relatividad misma del tiempo. Nuestro estudiante se dispone a hacer un viaje a la estrella más cercana a nuestro planeta (Alfa Centauro a 4 años luz de distancia) y va a viajar a 0.99C. Decimos 0.99C, porque Albert Einstein, el mejor policía espacial de la historia, dijo que nada puede ir a la velocidad C, porque en ese punto la masa del elemento que viaja se multiplicaría por infinito y finalmente colapsaría. Volvamos con nuestro estudiante. El viaje que el hará, representará un poco mas de 4 años a esa velocidad. El ir i volver a Alfa Centauro, obviamente le tomaría el doble de tiempo, sin derecho a bajase a tomar fotos. Pese a que la sensación de nuestro estudiante va a ser la de poco tiempo, en realidad, los casi 10 años de su viaje no serán reales a los que vio pasar en su reloj a bordo de nuestro avión. Eso se debe básicamente a que el tiempo en el avión se dilató, es decir, el reloj no midió igual un segundo a como lo mediría otro acá en la tierra. Y la dilatación es mayor a medida que la velocidad aumenta y por consiguiente la masa de nuestro avión y de nuestro estudiante también aumentaría de manera directamente proporcional. Esto significa que todo es relativo a la persona que hace la observación, es decir, las observaciones de un hecho que se quiera analizar siempre tendrá un posible cambio de perspectiva si se toman en cuenta otros puntos de vista del mismo evento, y serán tantas perspectivas como observaciones diferentes haya sobre el mismo evento. II. LA GRAVEDAD Supongamos pues que nuestro estudiante ya no viaja a 0.99C, sino a 1C, y que por lo general viaja en línea recta. Ahora podemos compararlo con un fotón, o partícula de luz. Sobre el análisis de los eventos a grandes velocidades, en este caso la luz, podemos entonces deducir que al ser el objeto que se mueve a mayor velocidad en el universo, su velocidad es constante, por cuanto replantea la siguiente hipótesis sobre el fotón, o mejor dicho, nuestro estudiante viajero.: ¿Tiene el fotón masa que permita calcular su cantidad de movimiento? Si nos ceñimos a la analogía, podemos intuir que efectivamente, el fotón tiene masa, pero ello implicaría que como cualquier objeto que tiene masa, la interacción de esta con fuerzas externas como la gravedad la afectaría cambiando en algo el vector de dirección que tiene la partícula. La prueba de ello seria entonces demostrar que un haz de luz se puede convertir de una línea recta a una curva con una leve inclinación hacia el campo de donde proviene la fuerza. Para comprender esto, supongamos que tenemos una pelota; si lanzamos la pelota con fuerza, la fuerza de gravedad hará que esta tarde o temprano caiga al suelo, mas sin embargo, su velocidad en el eje x, o en el plano paralelo al piso fue constante. Si lanzamos un cohete, este entrará en orbita alrededor de la tierra, lo que se considera como una caída libre perpetua, mas sin embargo, se mantiene en orbita porque la fuerza de gravedad influye constantemente en el cambio de su vector dirección. Peor si lanzamos una pelota con una velocidad igual a la de la luz, esta escapará casi en línea recta desde el punto de lanzamiento. Digo casi porque necesariamente al partir de un cuerpo que tiene influencia gravitatoria, esta alcanzará a perturbar el vector de dirección en un instante de tiempo igual al que dura la partícula dentro del campo gravitatorio. Si eso es así, quiere decir que a mayor masa, mas grande es la fuerza gravitatoria que puede generar un objeto dado. Si la pelota fuera lanzada desde Júpiter, que tiene una masa mucho mayor a la de la tierra, la perturbación de trayectoria de la pelota sería mucho mas pronunciada que en el primer caso. ¿Cómo explicar esto? La relación entre la curvatura del espacio generada por la gravedad y los cuerpos que entran en orbita alrededor de un objeto. Imagen del libro “El universo en una cascara de nuez”, pág. 34 Pues bien, con la ayuda de las matemáticas se planteó la hipótesis de que la gravedad era fruto de que el espacio no era un ente plano, sino curvo, es decir, todos los cuerpos en el espacio curvan a este ultimo como consecuencia de su masa y de su velocidad, pues hay que recordad que nada en el universo es estático, y como esos movimientos son relativos al observador, pues la percepción de curvatura es casi nula. La prueba maestra llegó con un eclipse de sol en 1929 en el sur de África, donde se observo luz de una estrella que se encontraba geométricamente oculta por el eclipse. Esto solo nos deja una posibilidad; en el espacio, la forma de unir dos puntos rectos no es una línea recta, sino una curva. Nótese la distorsión de trayectoria después de que el haz de luz pasa cerca del cuerpo con gran masa. Imagen del libro “El universo en una cascara de nuez”, pág. 39 En teoría se pueden sugerir las siguientes hipótesis: Sugeriría entonces que existen cuerpos con masas tan grandes, que ¿la curvatura del espacio a su alrededor seria tan pronunciada que haría que un haz de luz entrara en orbita alrededor de este cuerpo? La respuesta es si. Los agujeros negros son estos entes en donde la luz no sale, pero acá hay un factor mucho más grande, la curvatura del espacio tiempo no depende solo de su masa, sino también de su densidad. (Para profundizar observe artículos relacionados). Sin embargo, a pesar de que se considera que la velocidad de la luz es la máxima permitida y que es constante, no es posible suponer que la orbitalidad de los fotones alrededor de un objeto como un agujero negro va a ser perpetua, para ello, tendríamos que suponer que todo lo que gire alrededor de dicho cuerpo en orbitas, no describiría círculos sino elipses, esto es, que la velocidad máxima, es decir la de la luz, se dará cuando se esta mas próximo al foco orbital, pero ello conllevaría a que la deformación del espacio tiempo alrededor de objetos como este no seria simétrica, la pregunta que queda, por responder es obvia: ¿Las deformaciones espacio temporales son simétricas sin importar el objeto que las genere? III. CONCLUSIONES Es lógico que el estudio de fenómenos fuera de lo que se denomina frontera de lo conocido es tema de gran controversia, alrededor de estos temas han surgido teorías como la de las p-branas que analizaré en el siguiente escrito, sin embargo, la comparación de las deformaciones indicaría la posibilidad de que dentro de elementos con gran densidad de masa, la velocidad de la luz no sea la máxima, pues como en un embudo, el movimiento cíclico con disminución constante de radio indicaría aumento de la velocidad a medida que se acerca al foco, que en este caso, seria el punto de origen de gravedad. Las deformaciones en el espacio-tiempo nos indican la interacción entre partículas, mas sin embargo, no es posible condicionar selectivamente el movimiento de algunas de ellas, debido principalmente que en el universo conocido, las reglas de juego ya están dictadas. Si bien las herramientas de estudio han sido mejoradas, estas n habían estado disponibles para genios como Einstein, pues las explicaciones recientes, como la energía en membranas, o mas aún, tamaños de energía en diferentes dimensiones (estos temas también se tratan en el articulo), requirieron preguntas a cosas que no eran sencillas de identificar hace menos de medio siglo. VI. BIBLIOGRAFIA - El universo en una Cascara de Nuez. Stephen Hawking. Capitulo II. La forma del tiempo. Critica Planeta. 2002 http://www.youtube.com/watch?v=qbxiOhEmO5E Conferencia: Historia de la Teoría General de la Relatividad. J J O'Connor y E F Robertson. Copia en http://ciencia.astroseti.org/matematicas/articulo_4223_Historia_Teoria_General_Relatividad.htm V. LINKS DE INTERÉS - http://metodolea.wikispaces.com/G8N14. Agujeros Negros http://metodolea.wikispaces.com/G9N13. Aproximación a la Teoría de las P- Branas http://metodolea.wikispaces.com/G8N1. Teoría de Cuerdas