TEORÍA GENERAL DE LA RELATIVIDAD

Nombre: Diana Zaldumbide

Fecha: 23/10/2015

Cosmos

Resumen

• TEORÍA GENERAL DE LA RELATIVIDAD

Einstein para realizar la Teoría General de la Relatividad se basó en el principio de equivalencia entre la masa inercial, la resistencia de un objeto para obtener un movimiento acelerado cuando hay fuerza, y la masa gravitacional, masa del objeto en un campo gravitacional, pero esto era difícil de diferenciar entre aceleración y gravedad. Por lo tanto, esta igualdad solo podía existir si había una conexión entre la fuerza gravitatoria y la geometría del espacio.

El espacio-tiempo no es plano, sino que esta curvado debido a la distribución de materia y energía en él presente, por ejemplo la superficie de la Tierra tiene una curva bidimensional sin bordes y la distancia más corta entre dos puntos no es una línea recta más bien es un arco de circulo máximo (geodésica). La geodésica es la distancia más corta entre dos puntos en una superficie curva. Entonces la fuerza no necesita entrar en dinámica y las trayectorias de las partículas también se analiza como geodésicas, así la gravedad tiene un principio geométrico porque un campo gravitatorio modifica la estructura del espacio- tiempo y así en la teoría general de la relatividad el espacio- tiempo es una estructura geométrica curvada en forma continua.

La Teoría General de la Relatividad tiene 14 ecuaciones (ecuaciones de campo y geodésicas). Las ecuaciones de campo son para definir la métrica del espacio- tiempo para la distribución de materia o energía y también tiene predicciones como el avance del perihelio, desviación de la luz, corrimiento al rojo gravitacional, luz absorbida o emitida por un átomo, retardo de las señales de radar, ondas gravitacionales y los agujeros negros.

1. Avance del perihelio: La teoría general de la relatividad conjetura que el eje mayor de la elipse que explica un planeta en su movimiento de translación alrededor del Sol debería también girar alrededor del Sol, por lo tanto Mercurio al estar más cerca del Sol sufre los efectos gravitatorios más fuertes y eso se le conoce como el avance de perihelio. El avance de perihelio de Venus, Tierra y Marte es de 9.4 y 1 segundos de arco por siglo. El progreso del perihelio del pulsar binario es de cuatro grados por año, su eje mayor completa una vuelta de 90 años. Entonces el periodo orbital del pulsar binario es de un año de ocho horas.
2. Desviación de la luz: La T.G.R dice que la luz debe ser desviada por los campos gravitacionales. La luz de una estrella que pase cerca del contorno del Sol debe ser desviada a un pequeño ángulo según un observador ubicado en la Tierra a una posición diferente de su posición real. El sol tiene una desviación de 1, 75 segundos de arco
3. El corrimiento al rojo gravitacional se lo define cuando un fotón de luz se extiende hacia arriba por medio del campo gravitatorio terrestre y su energía disminuye haciendo un incremento de su longitud de onda y así el observador de la Tierra notara esta luz que se torna rojiza y el corrimiento hacia el azul se define cuando el fotón cae en el campo gravitacional, su energía aumenta y eso hace que haya una disminución de su longitud de onda.
4. Luz absorbida o emitida por un átomo: la frecuencia de luz emitida por un átomo en una estrella va hacer menor que la frecuencia de la luz difundida por el mismo átomo si se descubriera libre en el espacio. El sol tiene un cambio de frecuencia de dos millonésimas.  
5. Retardo de las señales de radar: un retardo es provocado por el campo gravitacional del Sol, ya que si una señal pasar próximo del Sol, el retardo es de 239.48 microsegundos y esto se ha confirmado mediante Mariner 6, 7, 9 y las naves Vikingo.
6. Ondas gravitacionales: se las denomina como perturbaciones del campo gravitacional que se extiende a la velocidad de la luz, ondas de espacio- tiempo curvo que se producen en eventos colosales y son ondulaciones auténticas de geometría. Una de sus funciones es que transportan energía y momentum angular (inercia de rotación de un objeto) y con esto se puede deformar el espacio- tiempo.

La diferencia que se produce en los tiempos que usa la luz mediante cada uno de los brazos del interferómetro da como resultado a un guía de interferencia cuando los dos haces luminosos se recombinan camino a un fotodetector, el cual mide el corrimiento de fase en el modelo de interferencia; cuando esto ya está definido los interferómetro serán sensibles a cambios de longitud del orden de metros en una longitud de un metro y esto es algo semejante a medir un cambio en el tamaño de un átomo en la distancia entre el Sol y la Tierra. Nuestro planeta difunde ondas gravitacionales debido a su movimiento de traslación alrededor del Sol y la potencia de la radiación gravitacional radiada es de 200 Watts y el tiempo de decaimiento orbital es de 10 ^23 años

1. Agujeros Negros: Para definir a los agujeros negros se necesita saber que una estrella genera calor en su centro por la transformación continúa de hidrogeno en helio. La energía liberada produce una presión en dirección radial y hacia afuera de la estrella que conserva equilibrada a la fuerza gravitacional y la velocidad de escape (mínima con la cual debe ser lanzado un objeto sobre la superficie de un planeta o una estrella para que llegue al infinito, venciendo el campo gravitacional del cuerpo celeste que abandona) es de 873,3 kilómetros por segundo.

Cuando se agota el combustible de la estrella, ya que no hay más transformación de hidrogeno en helio, esta colapsa y al colapsarse la velocidad de escape va hacer mayor porque su campo gravitacional es más intenso. Entonces el radio de la estrella se ha reducido a 30 kilómetros por segundo, la velocidad de escape es de 300000 km/s (velocidad de la luz)

La luz emitida por las estrellas no podría escapar al infinito porque nada puede viajar más rápido que la luz, por lo tanto esta quedaría atrapada por el campo gravitacional y así se forma el agujero negro (una región del espacio-tiempo desde la que no se puede escapar). El contorno del agujero negro se denomina horizonte de sucesos en la que su radio es de r= 2GM/^2 y G= 6,673 * 10 ^ -11 Nm^2/ kg^2 que es la constante de gravitación universal.

Dentro del agujero negro, la estrella sigue colapsándose hasta una singularidad (región del espacio- tiempo en la que todas las leyes de la física conocidas fallas y la curvatura del espacio alcanza a ser infinita). Entonces el destino de una estrella se somete a la masa de su núcleo, es decir, cuando su masa es inferior a 1.44 M esta se va a convertir en una enana blanca, ósea una estrella de baja luminosidad cuyo núcleo es un gas de electrones con un radio del orden del uno por ciento del radio del Sol y densidades entre 10^ 5y 10^8gr/cm^3, pero si la masa esta entre 1.44 y 3.2 M esta se va a convertir en una estrella de neutrones (estrella cuyo núcleo está formado por una densidad de 10 ^13 a 10^ 15)  y si es superior a 3.2 M esta se va a convertir en un agujero negro.

...