Pregúntele a Ethan No. 61: ¿hasta dónde llega la gravedad?
A pesar de la reputación de poder con un rango infinito de acción, la situación real en el Universo le impone restricciones.
En mis sueños y visiones veo una línea, al otro lado de la cual hay campos verdes, hermosas flores, hermosas damas blancas que me extienden sus manos a través de esta línea, pero no puedo alcanzarlas. Siempre me caigo antes de llegar a la línea.
- Harriet Tabmen
Y nuevamente, al final de la semana, lo que significa que elijo preguntas de las que me enviaste. Uno de mis lectores, que ha estado siguiendo mis publicaciones desde 2008, cuando comencé este blog, Frank Barge, pregunta:Si el Universo no es infinito, ¿qué pasa con el rango de fuerzas gravitacionales y electromagnéticas?Una pregunta muy difícil, si lo piensas. Primero veamos lo que sabemos sobre la gravedad y el electromagnetismo.
No consideramos la magnitud de las fuerzas, o la naturaleza de la atracción / repulsión, sino el hecho de que a largas distancias estas fuerzas cambian de acuerdo con la ley del cuadrado inverso, es decir, cuando la distancia entre dos objetos se duplica, la fuerza de su interacción disminuye 4 veces. Esta es una relación especial, que no solo obedecen la gravedad y el electromagnetismo, sino también otras propiedades físicas importantes, como la luz, el sonido y la radiación.¿Por qué es tan especial? Considere cómo cualquiera de las propiedades físicas, por ejemplo, la luz de las estrellas, se propaga a medida que se aleja de la fuente.
Se propagan radialmente hacia afuera, formando una esfera, por lo tanto, el impulso de la misma luz, por ejemplo, se propaga en una capa esférica en constante expansión. ¿Qué tiene de especial esto? El hecho es que la superficie de la esfera es considerada por la fórmula A = 4πr 2 , donde el "r 2 " es una parte importante .Después de todo, si el área se expande como r 2 , y la fuerza cae como r -2, entonces el fenómeno físico tendrá un alcance infinito. Podemos dibujar una esfera de cualquier tamaño con el centro en el objeto: una fuente de gravedad (masa), una fuente de electricidad (carga), una fuente de luz (estrella), etc. - y la cantidad total de una determinada sustancia que participa en la interacción en la superficie de la esfera, ya sea una fuerza o una corriente, será la misma si resumimos todas las partes de la esfera. ¡Esto sigue siendo cierto no solo para toda la esfera, sino también para cualquier ángulo sólido de la misma!
Esto es lo que se entiende por el rango infinito de la fuerza.Pero el Universo, al menos la parte visible accesible para nosotros, no es infinito en absoluto. Por el contrario, a pesar del hecho de que vemos luz de miles de millones de galaxias, este no es un número tan grande. La vista es hermosa y sorprendente (en serio, tómese el tiempo para mirarlo). Pero a pesar de todo su esplendor, uno no debe confundir la inmensidad con el infinito.
Por supuesto, todo esto se ve muy grande. Pero si lo piensas, hay miles de millones de veces más granos de arena en las playas de la Tierra que las galaxias en el Universo observable, y entonces ya no parece tan grande. Debido al hecho de que el Universo no es eterno, sino que existe solo 13.8 mil millones de años desde el momento del Big Bang, no podemos ver más de lo que vemos: la luz (y la gravedad) simplemente no nos alcanzaron.
Más precisamente, no logré cubrir una distancia mayor, propagándose esféricamente desde la fuente. Lo mismo sucede para nosotros: la gravedad de cada partícula de un cuerpo, de un planeta, de una galaxia, se propaga esféricamente con una velocidad de gravedad (igual a la velocidad de la luz) con una fuerza que cae proporcionalmente ~ 1 / r 2 (pero que se propaga con un área creciente ~ r 2 ) con desde el comienzo de "nuestro universo".
No confunda la parte observable del Universo, lo que se puede lograr con la luz, la gravedad, otros fenómenos con velocidad finita, de todo el Universo, enorme (posiblemente infinito), incluida la parte que no está incluida en el observable.
El punto rojo a la izquierda es la parte observada del universo inmediatamente después de la inflación. A la derecha está todo el Universo en el mismo momento (campo rojo).Tenemos todas las razones para creer que todo el Universo es mucho más grande que las partes observadas, pero nuestras señales no lo alcanzarán, porque las emitimos durante un período de tiempo finito, y su velocidad de propagación también es finita.¡Pero esto no es un error del Universo, sino una característica!
Imagínese si las señales se propagan infinitamente rápido, o podríamos sentir la gravedad, ver la luz o percibir de alguna manera cosas que son mucho más grandes de lo que podemos ver ahora.Nosotros, y de hecho muchas partes del Universo, nos sacudimos catastróficamente en diferentes direcciones, atraídos por fuerzas incomprensibles. Todo el cielo nocturno estaría lleno de fuentes de luz que no deberían alcanzar nuestros ojos.
Nosotros mismos emitiríamos mucha más potencia de la permitida en física. Las leyes de la física se romperían, GR no describiría nuestro mundo, ocurriría una catástrofe debido a una sobreoferta de densidad de energía en el Universo y, gracias a la energía gravitacionalmente unida, el Universo colapsaría rápidamente.
Citando a Egan de The Ghostbusters: "Eso sería malo".En cambio, la gravedad, el electromagnetismo y todas las demás fuerzas de "acción ilimitada" pueden actuar a tales distancias que cubren, viajando a la velocidad de la luz en el Universo de 13.8 mil millones de años, expandiéndose de acuerdo con nuestra historia única de 46 mil millones de años luz . Y esto, debido a que la velocidad de la gravedad y la luz son idénticas, es exactamente igual al tamaño del Universo observado en todas las direcciones.Así es como se extienden las fuerzas gravitacionales y electromagnéticas. Gracias por la pregunta difícil pero interesante, y si desea una respuesta a su pregunta, envíemela .Source: https://habr.com/ru/post/es395419/
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