Velocidad de la gravedad

Velocidad de la gravedad

Valores exactos
metros por segundo	299 792 458
Valores aproximados (a tres dígitos significativos)
kilometros por hora	1 080 000 000
millas por segundo	186 000
millas por hora [1]	671 000 000
unidades astronómicas por día	173 [Nota 1]
parsecs por año	0.307 [Nota 2]
Tiempos de recorrido aproximados de la señal luminosa
Distancia	Hora
un pie	1,0 ns
un metro	3,3 ns
de la órbita geoestacionaria a la Tierra	119 ms
la longitud del ecuador de la Tierra	134 ms
de la luna a la tierra	1,3 s
del Sol a la Tierra (1 AU )	8,3 min
un año luz	1.0 año
un parsec	3,26 años
de la estrella más cercana al Sol ( 1.3 pc )	4,2 años
desde la galaxia más cercana (la galaxia enana de Canis Major ) a la Tierra	25 000  años
a través de la Vía Láctea	100 000  años
de la Galaxia de Andrómeda a la Tierra	2,5 millones de años

Parte de una serie de artículos sobre
Relatividad general
${\displaystyle G_{\mu \nu }+\Lambda g_{\mu \nu }={\frac {8\pi G}{c^{4}}}T_{\mu \nu }}$
Introducción Historia Formulación matemática Pruebas
Conceptos fundamentales Principio de relatividad Teoría de la relatividad Covarianza general Simultaneidad Relatividad de la simultaneidad Movimiento relativo Evento Marco de referencia Marco de referencia inercial Masa Masa inercial Marco de descanso Marco de centro de impulso Curvatura Geodésico Geon Principio de equivalencia Masa en relatividad general Equivalencia masa-energía Invariante Masa invariante Simetrías del espacio-tiempo Relatividad especial Relatividad doblemente especial Relatividad especial invariante de De Sitter Relatividad de escala Velocidad de la luz Derivada de tiempo Momento apropiado Longitud adecuada Contracción de la longitud Acción a distancia Principio de localidad Geometría riemanniana Condición energética
Fenómenos Gravitoelectromagnetismo Problema de Kepler Gravedad Campo gravitacional Pozo de gravedad Lente gravitacional Ondas gravitacionales Desplazamiento al rojo gravitacional Redshift Cambio azúl Dilatación del tiempo Dilatación del tiempo gravitacional Retraso de tiempo de Shapiro Potencial gravitacional Compresión gravitacional Colapso gravitacional Arrastrar fotogramas Efecto geodésico Horizonte aparente Horizonte de eventos Singularidad gravitacional Singularidad desnuda Calabozo Agujero blanco Tiempo espacial Flecha del tiempo Cono de luz Línea mundial Espacio tridimensional Espacio de cuatro dimensiones Espacio Hora Colector Colector liso Colector de Riemann Espacio de configuración Espacio de Estados Espacio de fase Espacio Hilbert Espacio euclidiano Espacio topológico Defecto topológico Diagramas de espacio-tiempo Espacio-tiempo de Minkowski Escalar de Lorentz Curva de tiempo cerrada (CTC) Agujero de gusano Ellis agujero de gusano
Ecuaciones Formalismos Ecuaciones Gravedad linealizada Ecuaciones de campo de Einstein Friedmann Geodésicas Mathisson – Papapetrou – Dixon Hamilton – Jacobi – Einstein Invariante de curvatura (relatividad general) Transformación de Lorentz Variedad lorentziana Variedad globalmente hiperbólica Condiciones de causalidad Estructura causal Formalismos ADM BSSN Newman – Penrose Post-Newtoniano Teoría avanzada Teoría de Brans-Dicke Hipótesis de la censura cósmica Teoría de Kaluza-Klein Gravedad cuántica Supergravedad
Soluciones Disco relativista Schwarzschild ( interior ) Reissner – Nordström Gödel Kerr Kerr – Newman Kasner Lemaître – Tolman Taub-NUT Milne Robertson – Walker onda de pp polvo de van Stockum Weyl – Lewis – Papapetrou Solución de vacío
Teoremas Teorema de Birkhoff Teorema de la división de Geroch Teorema de Goldberg-Sachs Teorema de lovelock Teorema sin pelo Teoremas de singularidad de Penrose-Hawking Teorema de la energía positiva
Científicos Einstein Lorentz Hilbert Poincaré Schwarzschild de Sitter Reissner Nordström Weyl Eddington Friedman Milne Zwicky Lemaître Gödel Rodador Robertson Bardeen Caminante Kerr Chandrasekhar Ehlers Penrose Hawking Raychaudhuri Taylor Hulse van Stockum Taub Hombre nuevo Yau Thorne otros
v t mi

Constante física igual a la velocidad de la luz

En las teorías clásicas de la gravitación , los cambios en un campo gravitacional se propagan. Un cambio en la distribución de la energía y el momento de la materia da como resultado una alteración posterior, a distancia, del campo gravitacional que produce. En el sentido relativista, la "velocidad de la gravedad" se refiere a la velocidad de una onda gravitacional , que, como predice la relatividad general y confirma la observación de la fusión de estrellas de neutrones GW170817 , es la misma velocidad ^[2] que la velocidad de la luz. ( c ).

Introducción

La velocidad de las ondas gravitacionales en la teoría de la relatividad general es igual a la velocidad de la luz en el vacío, c . ^[3] Dentro de la teoría de la relatividad especial , la constante c no se refiere solo a la luz; en cambio, es la velocidad más alta posible para cualquier interacción en la naturaleza. Formalmente, c es un factor de conversión para cambiar la unidad de tiempo a la unidad de espacio. ^[4] Esto la convierte en la única velocidad que no depende ni del movimiento de un observador ni de una fuente de luz y / o gravedad. Por lo tanto, la velocidad de la "luz" es también la velocidad de las ondas gravitacionales y, además, la velocidad de cualquier partícula sin masa.. Tales partículas incluyen el gluón (portador de la fuerza fuerte ), los fotones que componen la luz (por lo tanto, portador de fuerza electromagnética ) y los gravitones hipotéticos (que son las partículas de campo presuntivas asociadas con la gravedad; sin embargo, una comprensión del gravitón, si existe, requiere una teoría aún no disponible de la gravedad cuántica ).

Campos estáticos

La velocidad de los cambios físicos en un campo gravitacional o electromagnético.no debe confundirse con "cambios" en el comportamiento de los campos estáticos que se deben a efectos puros del observador. Estos cambios en la dirección de un campo estático son, debido a consideraciones relativistas, lo mismo para un observador cuando una carga distante se está moviendo, como cuando un observador (en cambio) decide moverse con respecto a una carga distante. Por lo tanto, el movimiento constante de un observador con respecto a una carga estática y su campo estático extendido (ya sea un campo gravitacional o eléctrico) no cambia el campo. Para campos estáticos, como el campo electrostático conectado con carga eléctrica, o el campo gravitacional conectado a un objeto masivo, el campo se extiende hasta el infinito y no se propaga. El movimiento de un observador no hace que cambie la dirección de dicho campo, y por consideraciones simétricas,cambiar el marco del observador para que la carga parezca moverse a una tasa constante,tampoco hace que cambie la dirección de su campo, pero requiere que continúe "apuntando" en la dirección de la carga, a todas las distancias de la carga.

La consecuencia de esto es que los campos estáticos (ya sean eléctricos o gravitacionales) siempre apuntan directamente a la posición real de los cuerpos a los que están conectados, sin ningún retraso debido a cualquier "señal" que viaje (o propague) desde la carga, a una distancia a un observador. Esto sigue siendo cierto si se hace que los cuerpos cargados y sus observadores se "muevan" (o no), simplemente cambiando los marcos de referencia. Este hecho a veces causa confusión sobre la "velocidad" de tales campos estáticos, que a veces parecen cambiar infinitamente rápido cuando los cambios en el campo son meros artefactos del movimiento del observador o de la observación.

En tales casos, nada cambia infinitamente rápido, salvo el punto de vista de un observador del campo. Por ejemplo, cuando un observador comienza a moverse con respecto a un campo estático que ya se extiende por años luz, parece como si "inmediatamente" todo el campo, junto con su fuente, hubiera comenzado a moverse a la velocidad del observador. Esto, por supuesto, incluye las partes ampliadas del campo. Sin embargo, este "cambio" en el comportamiento aparente de la fuente de campo, junto con su campo distante, no representa ningún tipo de propagación que sea más rápida que la luz.

Gravitación newtoniana

La formulación de Isaac Newton de una ley de fuerza gravitacional requiere que cada partícula con masa responda instantáneamente a cualquier otra partícula con masa independientemente de la distancia entre ellas. En términos modernos, la gravitación newtoniana se describe mediante la ecuación de Poisson, según el cual, cuando cambia la distribución de masa de un sistema, su campo gravitacional se ajusta instantáneamente. Por lo tanto, la teoría asume que la velocidad de la gravedad es infinita. Esta suposición fue adecuada para dar cuenta de todos los fenómenos con la precisión de observación de ese momento. No fue hasta el siglo XIX que se observó una anomalía en las observaciones astronómicas que no podía conciliarse con el modelo gravitacional newtoniano de acción instantánea: el astrónomo francés Urbain Le Verrier determinó en 1859 que la órbita elíptica de Mercurio precesa a una velocidad significativamente diferente. de lo predicho por la teoría newtoniana. ^[5]

Laplace

El primer intento de combinar una velocidad gravitacional finita con la teoría de Newton fue realizado por Laplace en 1805. Basado en la ley de fuerza de Newton, consideró un modelo en el que el campo gravitacional se define como un campo de radiación o fluido. Los cambios en el movimiento del cuerpo atrayente son transmitidos por algún tipo de ondas. ^[6] Por lo tanto, los movimientos de los cuerpos celestes deben modificarse en el orden v / c , donde v es la velocidad relativa entre los cuerpos y c es la velocidad de la gravedad. El efecto de una velocidad finita de la gravedad va a cero cuando c va al infinito, pero no como 1 / c ²como ocurre en las teorías modernas. Esto llevó a Laplace a concluir que la velocidad de las interacciones gravitacionales es al menos 7 × 10 ⁶ veces la velocidad de la luz. Esta velocidad fue utilizada por muchos en el siglo XIX para criticar cualquier modelo basado en una velocidad finita de la gravedad, como las explicaciones eléctricas o mecánicas de la gravitación .

Figura 1. Una posible consecuencia de combinar la mecánica newtoniana con una velocidad de gravedad finita. Si asumimos un mecanismo de Fatio / La Sage para el origen de la gravedad, la Tierra gira en espiral hacia afuera con violación de la conservación de la energía y del momento angular. ^[7] En 1776, Laplace consideró un mecanismo diferente por el cual la gravedad es causada por "el impulso de un fluido dirigido hacia el centro del cuerpo atrayente". En tal teoría, una velocidad de gravedad finita da como resultado que la Tierra se mueva en espiral hacia adentro, hacia el Sol. ^[6]

Desde un punto de vista moderno, el análisis de Laplace es incorrecto. Sin saber acerca de la invariancia de campos estáticos de Lorentz , Laplace asumió que cuando un objeto como la Tierra se mueve alrededor del Sol, la atracción de la Tierra no sería hacia la posición instantánea del Sol, sino hacia donde el Sol hubiera estado si su posición se retrasó el uso de la velocidad relativa (este retraso en realidad no sucede con la óptica de la posición del sol, y se llama aberración solar anual ). Poner al Sol inmóvil en el origen, cuando la Tierra se mueve en una órbita de radio R con velocidad v, suponiendo que la influencia gravitacional se mueve con la velocidad.c , mueve la posición verdadera del Sol por delante de su posición óptica, en una cantidad igual a vR / c , que es el tiempo de viaje de la gravedad desde el sol a la Tierra multiplicado por la velocidad relativa del sol y la Tierra. Como parece en la Fig.1, la atracción de la gravedad (si se comportara como una onda, como la luz) siempre se desplazaría en la dirección de la velocidad de la Tierra, de modo que la Tierra siempre sería empujada hacia la posición óptica de la Sol, en lugar de su posición real. Esto causaría un tirón por delante de la Tierra, lo que haría que la órbita de la Tierra girara en espiral hacia afuera. Tal espiral externa sería suprimida por una cantidad v / c en comparación con la fuerza que mantiene a la Tierra en órbita; y dado que se observa que la órbita de la Tierra es estable, la c de Laplacedebe ser muy grande. Como se sabe ahora, puede considerarse infinito en el límite del movimiento en línea recta, ya que, como influencia estática, es instantáneo a distancia cuando es visto por observadores a velocidad transversal constante. Para órbitas en las que la velocidad (dirección de la velocidad) cambia lentamente, es casi infinita.

La atracción hacia un objeto que se mueve con una velocidad constante es hacia su posición instantánea sin demora, tanto por gravedad como por carga eléctrica. En una ecuación de campo consistente con la relatividad especial (es decir, una ecuación invariante de Lorentz), la atracción entre cargas estáticas que se mueven con velocidad relativa constante es siempre hacia la posición instantánea de la carga (en este caso, la "carga gravitacional" del Sol) , no la posición retardada en el tiempo del Sol. Cuando un objeto se mueve en órbita a una velocidad constante pero con una velocidad variable v , el efecto en la órbita es de orden v ² / c ² , y el efecto conserva la energía y el momento angular, de modo que las órbitas no decaen.

Analogías electrodinámicas

Teorías tempranas

A finales del siglo XIX, muchos intentaron combinar la ley de fuerza de Newton con las leyes establecidas de la electrodinámica, como las de Wilhelm Eduard Weber , Carl Friedrich Gauss , Bernhard Riemann y James Clerk Maxwell . Estas teorías no son invalidadas por la crítica de Laplace, porque aunque se basan en velocidades de propagación finitas, contienen términos adicionales que mantienen la estabilidad del sistema planetario. Esos modelos se utilizaron para explicar el avance del perihelio de Mercurio , pero no pudieron proporcionar valores exactos. Una excepción fue Maurice Lévy en 1890, quien logró hacerlo combinando las leyes de Webery Riemann, donde la velocidad de la gravedad es igual a la velocidad de la luz. Sin embargo, esas hipótesis fueron rechazadas. ^{[8] [9]}

Sin embargo, una variación más importante de esos intentos fue la teoría de Paul Gerber , quien derivó en 1898 la fórmula idéntica, que también fue derivada más tarde por Einstein para el avance del perihelio. Basado en esa fórmula, Gerber calculó una velocidad de propagación para la gravedad de305 000  km / s , es decir, prácticamente la velocidad de la luz. Pero la derivación de Gerber de la fórmula fue defectuosa, es decir, sus conclusiones no se derivaron de sus premisas y, por lo tanto, muchos (incluido Einstein) no consideraron que fuera un esfuerzo teórico significativo. Además, el valor que predijo para la desviación de la luz en el campo gravitacional del sol fue demasiado alto por el factor 3/2. ^{[10] [11] [12]}

Lorentz

En 1900, Hendrik Lorentz trató de explicar la gravedad basándose en su teoría del éter y las ecuaciones de Maxwell . Después de proponer (y rechazar) un modelo tipo Le Sage , asumió, como Ottaviano-Fabrizio Mossotti y Johann Karl Friedrich Zöllner, que la atracción de partículas con cargas opuestas es más fuerte que la repulsión de partículas con cargas iguales. La fuerza neta resultante es exactamente lo que se conoce como gravitación universal, en la que la velocidad de la gravedad es la de la luz. Esto conduce a un conflicto con la ley de la gravitación de Isaac Newton, en la que fue mostrada por Pierre-Simon Laplace.que una velocidad finita de la gravedad conduce a algún tipo de aberración y, por lo tanto, hace que las órbitas sean inestables. Sin embargo, Lorentz demostró que la teoría no se preocupa por la crítica de Laplace, porque debido a la estructura de las ecuaciones de Maxwell solo surgen efectos en el orden v ² / c ² . Pero Lorentz calculó que el valor del avance del perihelio de Mercurio era demasiado bajo. Escribió: ^[13]

Quizás se pueda modificar la forma especial de estos términos. Sin embargo, lo dicho es suficiente para mostrar que la gravitación puede atribuirse a acciones que se propagan con una velocidad no mayor que la de la luz.

En 1908, Henri Poincaré examinó la teoría gravitacional de Lorentz y la clasificó como compatible con el principio de relatividad, pero (como Lorentz) criticó la indicación inexacta del avance del perihelio de Mercurio. ^[14]

Modelos covariantes de Lorentz

Henri Poincaré argumentó en 1904 que una velocidad de propagación de la gravedad mayor que c contradecía el concepto de hora local (basado en la sincronización por señales luminosas) y el principio de relatividad . Escribió: ^[15]

¿Qué pasaría si pudiéramos comunicarnos mediante señales distintas de las de la luz, cuya velocidad de propagación difiera de la de la luz? Si, después de haber regulado nuestros relojes por el método óptimo, quisiéramos verificar el resultado mediante estas nuevas señales, deberíamos observar discrepancias debido al movimiento de traslación común de las dos estaciones. ¿Y son inconcebibles tales señales, si tomamos el punto de vista de Laplace, que la gravitación universal se transmite con una velocidad un millón de veces mayor que la de la luz?

Sin embargo, en 1905 Poincaré calculó que los cambios en el campo gravitacional pueden propagarse con la velocidad de la luz si se presupone que tal teoría se basa en la transformación de Lorentz . Escribió: ^[16]

En efecto, Laplace demostró que la propagación es instantánea o mucho más rápida que la de la luz. Sin embargo, Laplace examinó la hipótesis de la velocidad de propagación finita ceteris non mutatis [todas las demás cosas sin cambios]; aquí, por el contrario, esta hipótesis se une a muchas otras, y puede ser que entre ellas se produzca una compensación más o menos perfecta. La aplicación de la transformación de Lorentz ya nos ha proporcionado numerosos ejemplos de esto.

Hermann Minkowski (1907) y Arnold Sommerfeld (1910) también propusieron modelos similares . Sin embargo, esos intentos fueron rápidamente reemplazados por la teoría de la relatividad general de Einstein. ^[17] La teoría de la gravitación de Whitehead (1922) explica el desplazamiento rojo gravitacional , la flexión de la luz, el desplazamiento del perihelio y el retraso de Shapiro . ^[18]

Relatividad general

Antecedentes

La relatividad general predice que la radiación gravitacional debe existir y propagarse como una onda a la velocidad de la luz: un campo gravitacional débil y de evolución lenta producirá, según la relatividad general , efectos como los de la gravitación newtoniana (no depende de la existencia de gravitones, mencionado anteriormente). , o cualquier partícula portadora de fuerza similar).

Desplazar repentinamente una de las dos partículas que interactúan gravitoeléctricamente, después de un retraso correspondiente a la velocidad de la luz, haría que la otra sintiera la ausencia de la partícula desplazada: las aceleraciones debidas al cambio en el momento cuadrupolo de los sistemas estelares, como la binaria Hulse-Taylor , han eliminado mucha energía (casi el 2% de la energía de la producción de nuestro propio Sol) como ondas gravitacionales, que teóricamente viajarían a la velocidad de la luz.

Dos conjuntos de partículas que interactúan gravitoeléctricamente, por ejemplo, dos planetas o estrellas que se mueven a velocidad constante entre sí, sienten una fuerza hacia la posición instantánea del otro cuerpo sin un retraso de la velocidad de la luz porque la invariancia de Lorentz exige que un cuerpo en un campo estático ve y lo que ve un cuerpo en movimiento que emite ese campo es simétrico.

Por lo tanto, el hecho de que un cuerpo en movimiento no vea ninguna aberración en un campo estático que emana de un "cuerpo inmóvil" hace que la invariancia de Lorentz requiera que en el marco de referencia del cuerpo en movimiento anterior las líneas de campo del cuerpo emisor (ahora en movimiento) no se retrasen o aberren a una distancia. Los cuerpos cargados en movimiento (incluidos los cuerpos que emiten campos gravitacionales estáticos) exhiben líneas de campo estático que no se curvan con la distancia y no muestran efectos de retardo de la velocidad de la luz, como se ve desde los cuerpos que se mueven con respecto a ellos.

En otras palabras, dado que el campo gravitoeléctrico es, por definición, estático y continuo, no se propaga. Si tal fuente de un campo estático se acelera (por ejemplo, se detiene) con respecto a su anterior marco de velocidad constante, su campo distante continúa actualizándose como si el cuerpo cargado continuara con velocidad constante. Este efecto hace que los campos distantes de cargas en movimiento no acelerado parezcan "actualizarse" instantáneamente para su movimiento de velocidad constante, visto desde posiciones distantes, en el marco donde el objeto fuente se mueve a velocidad constante. Sin embargo, como se discutió, este es un efecto que se puede eliminar en cualquier momento, mediante la transición a un nuevo marco de referencia en el que el cuerpo cargado distante está ahora en reposo.

El componente gravitoeléctrico estático y continuo de un campo gravitacional no es un componente gravitomagnético (radiación gravitacional); ver clasificación Petrov . El campo gravitoeléctrico es un campo estático y por lo tanto no puede transmitir superluminalmente información cuantificada (discreta), es decir, no podría constituir una serie bien ordenada de impulsos con un significado bien definido (esto es lo mismo para la gravedad y el electromagnetismo).

Aberración de la dirección del campo en relatividad general, para un observador débilmente acelerado

Artículo principal: potencial de Liénard-Wiechert

La velocidad finita de la interacción gravitacional en la relatividad general no conduce a la clase de problemas con la aberración de la gravedad que le preocupaban originalmente a Newton, porque no existe tal aberración en los efectos de campo estático. Debido a que la aceleración de la Tierra con respecto al Sol es pequeña (es decir, en una buena aproximación, se puede considerar que los dos cuerpos viajan en línea recta uno al lado del otro con una velocidad invariable), los resultados orbitales calculados por la relatividad general son los mismos. como los de gravedad newtoniana con acción instantánea a distancia, porque están modelados por el comportamiento de un campo estático con movimiento relativo de velocidad constante y sin aberración para las fuerzas involucradas. ^[19]Aunque los cálculos son considerablemente más complicados, se puede demostrar que un campo estático en relatividad general no sufre problemas de aberración como lo ve un observador no acelerado (o un observador débilmente acelerado, como la Tierra). De manera análoga, el "término estático" en la teoría electromagnética de potencial de Liénard-Wiechert de los campos de una carga en movimiento no sufre ni aberración ni retraso posicional. Sólo el término correspondiente a la aceleración y emisión electromagnética en el potencial de Liénard-Wiechert muestra una dirección hacia la posición retardada en el tiempo del emisor.

De hecho, no es muy fácil construir una teoría de la gravedad autoconsistente en la que la interacción gravitacional se propague a una velocidad diferente a la de la luz, lo que complica la discusión de esta posibilidad. ^[20]

Convenciones de fórmulas

En la relatividad general, el tensor métrico simboliza el potencial gravitacional , y los símbolos de Christoffel de la variedad espacio-tiempo simbolizan el campo de fuerza gravitacional . El campo gravitacional de las mareas está asociado con la curvatura del espacio-tiempo.

Medidas

Para el lector que desee un trasfondo más profundo, una revisión completa de la definición de la velocidad de la gravedad y su medición con técnicas astrométricas de alta precisión y otras técnicas aparece en el libro de texto Mecánica celeste relativista en el sistema solar . ^[21]

PSR 1913 + 16 desintegración orbital

La velocidad de la gravedad (más correctamente, la velocidad de las ondas gravitacionales ) se puede calcular a partir de las observaciones de la tasa de desintegración orbital de los púlsares binarios PSR 1913 + 16 (el sistema binario Hulse-Taylor mencionado anteriormente) y PSR B1534 + 12 . Las órbitas de estos púlsares binarios están decayendo debido a la pérdida de energía en forma de radiación gravitacional. La tasa de esta pérdida de energía (" amortiguación gravitacional ") se puede medir y, dado que depende de la velocidad de la gravedad, la comparación de los valores medidos con la teoría muestra que la velocidad de la gravedad es igual a la velocidad de la luz dentro del 1%. ^[22] Sin embargo, según el formalismo de PPNel ajuste, la medición de la velocidad de la gravedad comparando los resultados teóricos con los resultados experimentales dependerá de la teoría; El uso de una teoría diferente a la de la relatividad general podría, en principio, mostrar una velocidad diferente, aunque la existencia de amortiguamiento gravitacional implica que la velocidad no puede ser infinita. ^{[ cita requerida ]}

Ocultación joviana de QSO J0842 + 1835 (impugnado)

En septiembre de 2002, Sergei Kopeikin y Edward Fomalont anunciaron que habían medido la velocidad de la gravedad indirectamente, utilizando sus datos de la medición VLBI de la posición retardada de Júpiter en su órbita durante el tránsito de Júpiter a través de la línea de visión de la fuente de radio brillante. quasar QSO J0842 + 1835 . Kopeikin y Fomalont concluyeron que la velocidad de la gravedad es de entre 0,8 y 1,2 veces la velocidad de la luz, lo que sería totalmente coherente con la predicción teórica de la relatividad general de que la velocidad de la gravedad es exactamente la misma que la velocidad de la luz. ^[23]

Varios físicos, incluidos Clifford M. Will y Steve Carlip , han criticado estas afirmaciones alegando que supuestamente han malinterpretado los resultados de sus mediciones. En particular, antes del tránsito real, Hideki Asada en un artículo para el Astrophysical Journal Letters teorizó que el experimento propuesto era esencialmente una confirmación indirecta de la velocidad de la luz en lugar de la velocidad de la gravedad. ^[24]

Es importante tener en cuenta que ninguno de los debatientes en esta controversia afirma que la relatividad general está "equivocada". Más bien, la cuestión debatida es si Kopeikin y Fomalont realmente han proporcionado otra verificación más de una de sus predicciones fundamentales.

Sin embargo, Kopeikin y Fomalont continúan argumentando enérgicamente su caso y los medios para presentar su resultado en la conferencia de prensa de la Sociedad Astronómica Estadounidense (AAS) que se ofreció después de que los resultados del experimento joviano hubieran sido revisados ​​por pares por los expertos de el comité organizador científico de la AAS. En una publicación posterior de Kopeikin y Fomalont, que utiliza un formalismo bi-métrico que divide el cono nulo del espacio-tiempo en dos, uno para la gravedad y otro para la luz, los autores afirmaron que la afirmación de Asada era teóricamente errónea. ^[25]Los dos conos nulos se superponen en la relatividad general, lo que dificulta el seguimiento de los efectos de la velocidad de la gravedad y requiere una técnica matemática especial de potenciales retardados gravitacionales, que fue elaborada por Kopeikin y sus coautores ^{[26] [27]} pero nunca fue apropiadamente empleado por Asada y / o los otros críticos.

Stuart Samuel también demostró que el experimento en realidad no midió la velocidad de la gravedad porque los efectos eran demasiado pequeños para haber sido medidos. ^[28] Una respuesta de Kopeikin y Fomalont cuestiona esta opinión. ^[29]

GW170817 y la desaparición de dos estrellas de neutrones

La detección de GW170817 en 2017, el finalé de una estrella de neutrones inspiral observada a través de ondas gravitacionales y rayos gamma, proporciona actualmente, con mucho, el mejor límite en la diferencia entre la velocidad de la luz y la de la gravedad. Los fotones se detectaron 1,7 segundos después de la emisión máxima de ondas gravitacionales; suponiendo un retraso de cero a 10 segundos, la diferencia entre las velocidades de las ondas gravitacionales y electromagnéticas, v _GW - v _EM , está limitada a entre −3 × 10 ⁻¹⁵ y + 7 × 10 ⁻¹⁶ veces la velocidad de la luz. ^[30]

Esto también excluyó algunas alternativas a la relatividad general , incluidas las variantes de la teoría del tensor escalar , ^{[31] [32] [33] [34]} instancias de la teoría de Horndeski , ^[35] y la gravedad Hořava-Lifshitz . ^{[36] [37] [38]}

Notas

1. Valor exacto: (299 792 458 × 60 × 60 × 24 /149 597 870 700 ) AU / día
2. Valor exacto: (999 992 651 π /10 246 429 500 ) pc / y

Referencias

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Lectura adicional

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• Asada, Hidecki (2002). "El efecto del cono de luz en el retardo de tiempo de Shapiro". Astrophys. J . 574 (1): L69 – L70. arXiv : astro-ph / 0206266 . Código bibliográfico : 2002ApJ ... 574L..69A . doi : 10.1086 / 342369 .
• Will, Clifford M. (2003). "Velocidad de propagación de la gravedad y el retardo de tiempo relativista". Astrophys. J . 590 (2): 683–690. arXiv : astro-ph / 0301145 . Código Bib : 2003ApJ ... 590..683W . doi : 10.1086 / 375164 .
• Fomalont, EB y Kopeikin, Sergei M. (2003). "La medición de la desviación de la luz de Júpiter: resultados experimentales". Astrophys. J . 598 (1): 704–711. arXiv : astro-ph / 0302294 . Código Bibliográfico : 2003ApJ ... 598..704F . doi : 10.1086 / 378785 .
• Kopeikin, Sergei M. (21 de febrero de 2003). "La medición de la desviación de la luz de Júpiter: interpretación teórica". arXiv : astro-ph / 0302462 .
• Kopeikin, Sergei M. (2003). "El tratamiento post-Newtoniano del experimento VLBI el 8 de septiembre de 2002". Phys. Letón. Una . 312 (3–4): 147–157. arXiv : gr-qc / 0212121 . Código bibliográfico : 2003PhLA..312..147K . doi : 10.1016 / S0375-9601 (03) 00613-3 .
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• Samuel, Stuart (2003). "Sobre la velocidad de la gravedad y las correcciones v / c al retardo de tiempo de Shapiro". Phys. Rev. Lett . 90 (23): 231101. arXiv : astro-ph / 0304006 . Código Bibliográfico : 2003PhRvL..90w1101S . doi : 10.1103 / PhysRevLett.90.231101 . PMID  12857246 .
• Kopeikin, Sergei y Fomalont, Edward (2006). "Sobre la velocidad de la gravedad y correcciones relativistas v / c al retraso de tiempo de Shapiro". Physics Letters A . 355 (3): 163-166. arXiv : gr-qc / 0310065 . Código bibliográfico : 2006PhLA..355..163K . doi : 10.1016 / j.physleta.2006.02.028 .
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• Carlip, Steven (2004). "Modelo-dependencia de Shapiro Time Delay y la controversia" Velocidad de la gravedad / Velocidad de la luz ". Clase. Quantum Grav . 21 (15): 3803–3812. arXiv : gr-qc / 0403060 . Código bibliográfico : 2004CQGra..21.3803C . doi : 10.1088 / 0264-9381 / 21/15/011 .
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• Samuel, Stuart (2004). "Sobre la velocidad de la gravedad y la medición de Júpiter / Quasar". En t. J. Mod. Phys. D . 13 (9): 1753-1770. arXiv : astro-ph / 0412401 . Código Bibliográfico : 2004IJMPD..13.1753S . doi : 10.1142 / S0218271804005900 .
• Kopeikin, Sergei (2006). "Comentarios al artículo de S. Samuel" Sobre la velocidad de la gravedad y la medición de Júpiter / Quasar " ". En t. J. Mod. Phys. D . 15 (2): 273–288. arXiv : gr-qc / 0501001 . Código bibliográfico : 2006IJMPD..15..273K . doi : 10.1142 / S021827180600853X .
• Kopeikin, Sergei y Fomalont, Edward (2007). "Gravimagnetismo, causalidad y aberración de la gravedad en los experimentos de desviación de rayos de luz gravitacional". Relatividad general y gravitación . 39 (10): 1583-1624. arXiv : gr-qc / 0510077 . Código Bibliográfico : 2007GReGr..39.1583K . doi : 10.1007 / s10714-007-0483-6 .
• Kopeikin, Sergei y Fomalont, Edward (2008). "Pruebas radiointerferométricas de la relatividad general". "Un paso gigante: de la astrometría de milisegundos de arco a la de microsegundos de arco", Actas de la Unión Astronómica Internacional, Simposio de la IAU . 248 (S248): 383–386. arXiv : 0912.4038 . Código bibliográfico : 2008IAUS..248..383F . doi : 10.1017 / S1743921308019613 .
• Zhu, Yin (2011). "Medición de la velocidad de la gravedad". Letras de física chinas . 28 (7): 070401. arXiv : 1108.3761 . Código Bibliográfico : 2011ChPhL..28g0401Z . doi : 10.1088 / 0256-307X / 28/7/070401 .

Enlaces externos

• ¿Viaja la gravedad a la velocidad de la luz? en The Physics FAQ (también aquí ).
• Medir la velocidad de la gravedad en MathPages
• Hazel Muir, Primera medición de la velocidad de la gravedad revelada , un artículo de New Scientist sobre el anuncio original de Kopeikin.
• Clifford M. Will, ¿se ha medido la velocidad de la gravedad? .
• Kevin Carlson, físico de MU defiende la teoría de Einstein y la medición de la "velocidad de la gravedad" .