{"id":1339,"date":"2011-02-03T08:52:42","date_gmt":"2011-02-03T07:52:42","guid":{"rendered":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/?p=1339"},"modified":"2011-02-03T08:52:33","modified_gmt":"2011-02-03T07:52:33","slug":"la-gravedad-que-lo-distorsiona-todo","status":"publish","type":"post","link":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/2011\/02\/03\/la-gravedad-que-lo-distorsiona-todo\/","title":{"rendered":"La Gravedad que lo distorsiona todo"},"content":{"rendered":"

Curvatura del Espacio-Tiempo<\/strong><\/p>\n

Hay que entender que el espacio-tiempo es la descripci\u00f3n en cuatro dimensiones del universo en la que la posici\u00f3n de un objeto se especifica por tres coordenadas en el espacio y una en el tiempo.<\/p>\n

De acuerdo con la relatividad<\/a> especial, no existe un tiempo absoluto que pueda ser medido con independencia del observador, de manera que eventos simult\u00e1neos para un observador ocurren en instantes diferentes vistos desde otro lugar. El tiempo puede ser medido, por tanto, de manera relativa, como lo son las posiciones en el espacio (Euclides) tridimensional, y esto puede conseguirse mediante el concepto de espacio-tiempo. La trayectoria de un objeto en el espacio-tiempo se denomina por el nombre de l\u00ednea de universo<\/a><\/em>. La relatividad<\/a> general nos explica lo que es un espacio-tiempo curvo con las posiciones y movimientos de las part\u00edculas de materia.<\/p>\n

La curvatura del espacio-tiempo es la propiedad del espacio-tiempo en la que las leyes familiares de la geometr\u00eda no son aplicables en regiones donde los campos gravitatorios son intensos. La relatividad<\/a> general de Einstein<\/a>, nos explica y demuestra que el espacio-tiempo est\u00e1 \u00edntimamente relacionado con la distribuci\u00f3n de materia en el universo, y nos dice que el espacio se curva en presencia de masas considerables como planetas, estrellas o galaxias (entre otros).<\/p>\n

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En un espacio de s\u00f3lo dos dimensiones, como una l\u00e1mina de goma plana, la geometr\u00eda de Euclides se aplica de manera que la suma de los \u00e1ngulos internos de un tri\u00e1ngulo en la l\u00e1mina es de 180\u00b0. Si colocamos un objeto masivo sobre la l\u00e1mina de goma, la l\u00e1mina se distorsionar\u00e1 y los caminos de los objetos que se muevan sobre ella se curvaran. Esto es, en esencia, lo que ocurre en relatividad<\/a> general.<\/p>\n

En los modelos cosmol\u00f3gicos m\u00e1s sencillos basados en los modelos de Friedmann, la curvatura de espacio-tiempo est\u00e1 relacionada simplemente con la densidad media de la materia, y se describe por una funci\u00f3n matem\u00e1tica denominada m\u00e9trica de Robertson-Walker. Si un universo tiene una densidad mayor que la densidad cr\u00edtica<\/a>, se dice que tiene curvatura positiva, queriendo decir que el espacio-tiempo est\u00e1 curvado sobre s\u00ed mismo, como la superficie de una esfera; la suma de los \u00e1ngulos de un tri\u00e1ngulo que se dibuje sobre la esfera es entonces mayor que 180\u00b0. Dicho universo ser\u00eda infinito y se expandir\u00eda para siempre, es el universo abierto. Un universo de Einstein<\/a>-de Sitter tiene densidad cr\u00edtica<\/a> exacta y es, por consiguiente, espacialmente plano (euclideo) infinito en el espacio y en el tiempo.<\/p>\n

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Representaci\u00f3n gr\u00e1fica de los espacios que dan lugar a los tres posibles formas de universo antes referida en funci\u00f3n de la densidad cr\u00edtica<\/a> que har\u00e1 un universo plano, un universo abierto o un universo curvo y cerrado.<\/p>\n

Hemos mencionado antes la relatividad<\/a> del tiempo que para el mismo suceso ser\u00e1 distinto en funci\u00f3n de qui\u00e9n sea el que cronometre; por ejemplo, el tiempo transcurre m\u00e1s despacio para el astronauta que en nave espacial viaja a velocidades pr\u00f3ximas a c<\/em>, la velocidad de la luz. Seg\u00fan la teor\u00eda de la relatividad<\/a> especial de Einstein<\/a>, en el caso antes se\u00f1alado, el tiempo del astronauta viajero avanza m\u00e1s lentamente en un factor que denotamos con la ecuaci\u00f3n \"\", cuando lo mide un sistema de referencia que viaja a una velocidad v<\/em> relativa al otro sistema de referencia; c<\/em> es la velocidad de la luz. Este principio ha sido verificado de muchas maneras; por ejemplo, comparando las vidas medias de los muones<\/a> r\u00e1pidos, que aumentan con la velocidad de las part\u00edculas en una cantidad predicha en este factor de la anterior ecuaci\u00f3n.<\/p>\n

Un ejemplo sencillo de la dilataci\u00f3n del tiempo es la conocida paradoja de los gemelos. Uno viaja al espacio y el otro lo espera en la Tierra. El primero hace un viaje a la velocidad de la luz hasta Alfa de Centauri y regresa. Cuando baja de la nave espacial, tiene 8’6 a\u00f1os m\u00e1s que cuando parti\u00f3 de la Tierra. Sin embargo, el segundo gemelo que esper\u00f3 en el planeta Tierra, al regreso de su hermano, era ya un viejo jubilado. El tiempo transcurrido hab\u00eda pasado m\u00e1s lento para el gemelo viajero.<\/p>\n

Otra curiosidad de la relatividad<\/a> especial es la que expres\u00f3 Einstein<\/a> mediante su famosa f\u00f3rmula de E = mc2<\/sup>, que nos viene a decir que masa y energ\u00eda son dos aspectos de una misma cosa. Podr\u00edamos considerar que la masa (materia), es energ\u00eda congelada. La bomba at\u00f3mica demuestra la certeza de esta ecuaci\u00f3n.<\/p>\n

El gr\u00e1fico de la p\u00e1gina anterior, que es una muestra de las tres posibles maneras en que puede estar conformado nuestro universo, depender\u00e1 finalmente, de la densidad critica.<\/p>\n

La densidad cr\u00edtica<\/a><\/em> est\u00e1 referida a la densidad media de materia requerida para que la gravedad detenga la expansi\u00f3n de nuestro universo. As\u00ed que si la densidad es baja se expandir\u00e1 para siempre, mientras que una densidad muy alta colapsar\u00e1 finalmente. Si tiene exactamente la densidad cr\u00edtica<\/a> ideal, de alrededor de 10-29<\/sup> g\/cm3<\/sup>, es descrito por el modelo al que antes nos referimos conocido como de Einstein<\/a>-de Sitter, que se encuentra en la l\u00ednea divisoria de estos dos extremos. La densidad media de materia que puede ser observada directamente en nuestro universo representa s\u00f3lo el 20% del valor cr\u00edtico. Puede haber, sin embargo, una gran cantidad de materia oscura<\/a> que elevar\u00eda la densidad hasta el valor cr\u00edtico. Las teor\u00edas de universo inflacionario predicen que la densidad presente deber\u00eda ser muy aproximada a la densidad cr\u00edtica<\/a>; estas teor\u00edas requieren la existencia de materia oscura<\/a>.<\/p>\n

Conforme a lo antes dicho, la densidad media de materia est\u00e1 referida al hecho de distribuir de manera uniforme toda la materia contenida en las galaxias a lo largo de todo el universo. Aunque las estrellas y los planetas son m\u00e1s densos que el agua (alrededor de 1 g\/cm3<\/sup>), la densidad media cosmol\u00f3gica es extremadamente baja, como se dijo antes, unos 10-29<\/sup> g\/cm3<\/sup>, o 10-5<\/sup> \u00e1tomos\/cm3<\/sup>, ya que el universo est\u00e1 formado casi exclusivamente de espacios vac\u00edos, virtualmente vac\u00edos, entre las galaxias. La densidad media es la que determinar\u00e1 si el universo se expandir\u00e1 o no para siempre.<\/p>\n

En presencia de grandes masas de materia, tales como planetas, estrellas y galaxias, est\u00e1 presente el fen\u00f3meno descrito por Einstein<\/a> en su teor\u00eda de la relatividad<\/a> general, la curvatura del espacio-tiempo, eso que conocemos como gravedad, una fuerza de atracci\u00f3n que act\u00faa entre todos los cuerpos y cuya intensidad depende de las masas y de las distancias que los separan; la fuerza gravitacional<\/a> disminuye con el cuadrado. La gravitaci\u00f3n es la m\u00e1s d\u00e9bil de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza. Isaac Newton<\/a> formul\u00f3 las leyes de la atracci\u00f3n gravitacional y mostr\u00f3 que un cuerpo se comporta gravitacionalmente como si toda su masa estuviera concentrada en su centro de gravedad. As\u00ed, pues, la fuerza gravitacional<\/a> act\u00faa a lo largo de la l\u00ednea que une los centros de gravedad de las dos masas (como la Tierra y la Luna, por ejemplo).<\/p>\n

En la teor\u00eda de la relatividad<\/a> general, la gravitaci\u00f3n se interpreta como una distorsi\u00f3n del espacio que se forma alrededor de la masa que provoca dicha distorsi\u00f3n, cuya importancia ir\u00eda en funci\u00f3n de la importancia de la masa que distorsiona el espacio que, en el caso de estrellas con gran volumen y densidad, tendr\u00e1n una importancia considerable, igualmente, la fuerza de gravedad de planetas, sat\u00e9lites y grandes objetos cosmol\u00f3gicos, es importante.<\/p>\n

Esta fuerza es la responsable de tener cohexionado a todo el universo, de hacer posible que existan las galaxias, los sistemas solares y que nosotros mismos tengamos bien asentados los pies a la superficie de nuestro planeta Tierra, cuya gravedad tira de nosotros para que as\u00ed sea.<\/p>\n

No obstante, a escala at\u00f3mica la fuerza gravitacional<\/a> resulta ser unos 1040<\/sup> veces m\u00e1s d\u00e9bil que la fuerza de atracci\u00f3n electromagn\u00e9tica, muy potente en el \u00e1mbito de la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica donde las masas de las part\u00edculas son tan enormemente peque\u00f1as que la gravedad es despreciable.<\/p>\n

La gravitaci\u00f3n cu\u00e1ntica es la teor\u00eda en la que las interacciones gravitacionales entre los cuerpos son descritas por el intercambio de part\u00edculas elementales hipot\u00e9ticas denominadas gravitones<\/a>. El gravit\u00f3n<\/a> es el cuanto del campo gravitacional. Los gravitones<\/a> no han sido observados, aunque se presume que existen por analog\u00eda a los fotones<\/a> de luz.<\/p>\n

La teor\u00eda cu\u00e1ntica es un ejemplo de talento que debemos al f\u00edsico alem\u00e1n Max Planck (1.858 – 1.947) que, en el a\u00f1o 1.900 para explicar la emisi\u00f3n de radiaci\u00f3n de cuerpo negro de cuerpos calientes, dijo que la energ\u00eda se emite en cuantos<\/em>, cada uno de los cuales tiene una energ\u00eda igual a hv<\/em>, donde h<\/em> es la constante de Planck<\/a> (E = hv o \u0127 = h\/2\u03c0) y v<\/em> es la frecuencia de la radiaci\u00f3n. Esta teor\u00eda condujo a la teor\u00eda moderna de la interacci\u00f3n entre materia y radiaci\u00f3n conocida como mec\u00e1nica cu\u00e1ntica, que generaliza y reemplaza a la mec\u00e1nica cl\u00e1sica y a la teor\u00eda electromagn\u00e9tica de Maxwell.\u00a0 En la teor\u00eda cu\u00e1ntica no relativista se supone que las part\u00edculas no son creadas ni destruidas, que se mueven despacio con respecto a la velocidad de la luz y que tienen una masa que no cambia con la velocidad. Estas suposiciones se aplican a los fen\u00f3menos at\u00f3micos y moleculares y a algunos aspectos de la f\u00edsica nuclear. La teor\u00eda cu\u00e1ntica relativista se aplica a part\u00edculas que viajan cerca de la velocidad de la luz, como por ejemplo, el fot\u00f3n<\/a>.<\/p>\n

Por haberlo mencionado antes me veo obligado a explicar brevemente el significado de “cuerpo negro”, que est\u00e1 referido a un cuerpo hipot\u00e9tico que absorbe toda la radiaci\u00f3n que incide sobre \u00e9l. Tiene, por tanto, una absortancia y una emisividad de 1. Mientras que un aut\u00e9ntico cuerpo negro es un concepto imaginario, un peque\u00f1o agujero en la pared de un recinto a temperatura uniforme es la mejor aproximaci\u00f3n que se puede tener de \u00e9l en la pr\u00e1ctica.<\/p>\n

La radiaci\u00f3n de cuerpo negro es la radiaci\u00f3n electromagn\u00e9tica emitida por un cuerpo negro. Se extiende sobre todo el rango de longitudes de onda y la distribuci\u00f3n de energ\u00eda sobre este rango tiene una forma caracter\u00edstica con un m\u00e1ximo en una cierta longitud de onda, desplaz\u00e1ndose a longitudes de onda m\u00e1s cortas al aumento de temperaturas (ley de desplazamiento de Wien).<\/p>\n

emilio silvera<\/em><\/p>\n

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