Astronomía

¿Cómo interactúa la gravedad con un fotón?

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Si el fotón no tiene masa y la gravedad solo puede interactuar con la materia, ¿cómo altera la gravedad la trayectoria de la luz?


Simplemente no es cierto que la gravedad solo pueda interactuar con la masa. Más bien, cualquier fuerza de espín-2 de largo alcance interactúa con toda la energía-momento por igual, y su fuente es el tensor de tensión-energía-momento. Esa es una forma de enunciar el principio de equivalencia.

Tenga en cuenta que un objeto masivo en su propio marco de reposo tiene una energía asociada $ E = mc ^ 2 $, que en condiciones normales suele ser mucho más alta que cualquier término de tensión (incluida la presión) o momento (fuera del marco de reposo). Por lo tanto, generalmente se puede fingir que la gravedad se acopla a la masa, pero no es así; más bien, la carga gravitacional es energía, y todo el tensor de esfuerzo-energía-momento se acopla al campo gravitacional. Esto es análogo a cómo en el electromagnetismo hay carga eléctrica, pero las corrientes eléctricas también marcan la diferencia.

En el límite de campo débil de la relatividad general, se puede considerar el hecho de que la luz se desvía gravitacionalmente el doble de lo que sería una predicción newtoniana ingenua (es decir, para un objeto a la velocidad de la luz según la mecánica newtoniana) como culpa de la luz ejerce una presión en la dirección de su propagación igual a su densidad de energía. Pero, en general, el movimiento de una partícula de prueba está determinado por sus cuatro velocidades y la geometría del espacio-tiempo. solo, y la luz sería solo un caso especial de tener una velocidad de cuatro velocidades "similar a la luz".


Si el fotón no tiene masa y la gravedad solo puede interactuar con la materia, ¿cómo puede la gravedad alterar la trayectoria de la luz?

La segunda parte de su cláusula "si" es incorrecta. Es la energía de masa, no solo la masa, lo que gravita.


Lo que llamamos "gravedad" es en realidad solo la distorsión del espacio-tiempo. Si el espacio-tiempo fuera completamente recto, habría gravedad cero. Pero la existencia de un cuerpo masivo es una de las cosas que pueden distorsionar el espacio-tiempo, por lo que las líneas "rectas" ya no lo son. Percibimos esa distorsión como "gravedad". Es la distorsión la que realmente genera la fuerza gravitacional de atracción.

Para una analogía muy cruda, imagina un limón. Mientras no lo exprimas, el jugo se queda quieto, porque no se ejerce fuerza sobre él. Pero cuando exprimes el limón, distorsionando su estructura, el jugo comienza a moverse por el interior. El limón es el espacio-tiempo. El jugo es todo lo que existe en el espacio-tiempo. La gravedad es la distorsión de la forma del limón.

Es posible que los fotones no tengan masa en reposo, pero se mueven en línea recta. Cuando hay gravedad, las líneas rectas ya no son rectas y, por lo tanto, los fotones se curvan alrededor de cuerpos masivos.