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La trama del espacio-tiempo.

Se dice que el Universo está conformado por materia en una trama de espacio-tiempo o espacio temporal.
Veamos esto.
Un evento sucede en un lugar del espacio en un momento determinado. O sea que un cuerpo está en una cierta posición en un determinado instante. Así es como hay una íntima relación entre el espacio donde se encuentra y el momento temporal en que eso sucede.
Luego, podemos hablar del tiempo como otra coordenada para ubicar un cuerpo, la coordenada temporal. Así, un cuerpo o evento ocupa un lugar en el espacio y en el tiempo, o sea en el espacio-tiempo.

La Teoría de la Relatividad estudia los escenarios de altas energías y velocidades.
En esas situaciones se dan dilataciones de las escalas temporales y contracciones en las dimensiones en la dirección del movimiento. Fue esta teoría la que explicó las variaciones en la órbita de Mercurio. Éstas, son el resultado del gran aumento de velocidad del Planeta en el punto más cercano al Sol. Si estudiamos el movimiento de los planetas bajo la Relatividad, encontraremos que no se obtienen órbitas cerradas. Los planetas se mueven en trayectorias rectas. La única manera que esto concuerde con la realidad observada es que… el espacio está curvado.
Clásicamente, los cuerpos se atraen por gravedad. Pero según la Relatividad, las masas curvan el espacio-tiempo.

Ilustración del espacio crédito Nasa.

Esto lo podemos imaginar como lo que sucede con una esfera de gran masa sobre una superficie blanda. La hunde provocando que todo lo que la rodea caiga hacia ella.
Luego, en el Universo existe una trama de espacio-tiempo curvada, tanto más según sea la masa que afecta sus vecindades (pdp, 17/oct./2014, Una forma de “ver” la curvatua del espacio, https://paolera.wordpress.com/2014/10/17/una-forma-de-ver-la-curvatura-del-espacio/)
Claro que el ejemplo de la esfera sobre una superficie plana no es bueno, ya que la esfera ocupa tres dimensiones y la superficie solamente dos.

Video: Gravity Visualized.

Publicado el 10 mar. 2012

En realidad, una masa curva hacia ella todas las dimensiones del espacio que la rodea.

Crédito LUCASVB

En las vecindades de un agujero negro (AN), como ejemplo de una tremenda masa, el espacio-tiempo está tan curvado hacia el objeto, que nosotros, como habitantes de esa trama nos deformamos hacia el AN, nos estiramos como fideos; nos espaguetizamos siguiendo la forma de la trama espacio-temporal en que existimos.

Pero esa trama no es real. No hay una trama física. Es sólo un modelo para explicar cómo se comportan los objetos en el Universo a medida que Éste se expande; o sea, a medida que todo se aleja de todo bajo la Teoría de la Relatividad.

Referencia:

pdp.

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Distancias cósmicas: propia y por co-movimiento.

En Astronomía la medición de distancias es una fuente de gran información.
Con ella, no sólo tenemos idea de lo lejos que se encuentran los objetos, sino de la forma que tienen los sistemas donde viven. Por ejemplo, la medición de distancias y posiciones de estrellas de la Vía Láctea, nos da una idea de la forma y tamaño de nuestra galaxia.

Hay muchas formas de calcular distancias a objetos (KosmosLogos, 20/6/10, Una escalera para medir el cosmos, http://www.noticiasdelcosmos.com/2010/06/una-escalera-para-medir-el-cosmos.html).

Imagen relacionada

Ilustración de diferentes métodos de cálculo de distancias cósmicas pubicado en KosmosLogos.

Podemos usar su paralaje o variación en su posición desde dos puntos de vista u observación diferentes. Si medimos su posición desde un lugar de nuestra órbita y repetimos la medida medio año después, desde el lugar opuesto, el corrimiento observado en su posición depende de su distancia y de la distancia entre nuestros lugares de medición; ésto, si su movimiento es pequeño frente al nuestro. Podemos tomar una tercera medida el cumplirse un año, donde repetimos nuestra posición, y en ese caso podemos saber cuánto se mueve en ese tiempo si esa medida no es igual a la primera (Wikipedia; Paralaje, https://es.wikipedia.org/wiki/Paralaje).
Esto es útil para objetos relativamente cercanos y no todos lo son.

Para objetos más lejanos, como los extragalácticos, hay métodos basados en la luminosidad recibida o en su tamaño aparente medido.
En ambos casos, esa medida depende de cuándo el objeto nos envió su imagen. Para cuando nos llegue su luz, éste estará a otra distancia. En el caso de estos objetos, su distancia está fuertemente afectada por la expansión del Universo, más que por su propio movimiento.

En Cosmología hay dos distancias que interesan mucho.
La distancia por co-movimiento, que es la distancia que tiene el objeto en el instante que lo observamos, como si no existiera la expansión universal, y la distancia propia; que es la distancia que tuvo que recorrer su luz hasta llegar a nosotros. Ésta, está relacionada al momento en que el objeto emitió la luz que nos llegó, y por lo tanto a la expansión universal; pero también está afectada de la curvatura del Espacio.
(Wikipedia, Comoving distance, https://en.wikipedia.org/wiki/Comoving_distance)

Hay relaciones entre la distancia por co-movimiento y la distancia propia, por ejemplo, ambas coinciden para objetos lejanos en un Universo plano y sin expansión Universal.
Si se conoce con buena confiabilidad el valor del alejamiento de un objeto extragláctico muy lejano, y se estima con la misma confiabilidad su distancia por co-movimiento, se puede conocer el grado de curvatura del Espacio.
Las fulguraciones en radio-ondas (FRB) son muy útiles para este estudio, en particular la fuente catalogada como FRB 121102. En este caso, su repetición (como la de todo evento repetitivo de origen extragaláctico lejano) permite esperar el evento y tener buenas medidas del corrimiento al rojo de su fuente por expansión del Universo.

 

Fuente:

pdp.

Una forma de “ver” la curvatura del espacio.

El problema de los 2 cuerpos [1], explica cómo se mueven dos cuerpos sometidos a la acción de sus mutuas atracciones gravitatorias. Cuando Newton [2] atacó el problema, encontró que los cuerpos mostraban trayectorias que eran secciones cónicas [3](elipses, parábolas e hipérbolas) en uno de cuyos focos estaba el centro de masas del sistema [4] o el cuerpo más masivo y gravitacionalmente dominante. Como en el Sistema Solar el centro de masas está muy cerca del centro solar, o dentro del Sol, la solución del problema predecía que todos los planetas se comportarían como se los observaba, y más, confirmaba las leyes de Kepler [5].
Hasta acá, la solución clásica (Newtoniana), pero ¿qué pasa cuando se aplica Relatividad [6] al problema?

Cuando se aplicó Relatividad al problema de las órbitas de los cuerpos, se obtuvo algo llamativo. Las trayectorias de los cuerpos era rectas. Entonces, ¿cómo puede ser que giren alrededor del Sol?
Según Einstein [7], las trayectorias efectivamente son rectas, lo que sucede es que las masas curvan el espacio. Así, el Sol curva el espacio donde se mueven los planetas, haciendo que éstos queden dando vueltas a su alrededor. O sea que, describen rectas en un espacio curvado.

Una forma de visualizar esto, es suponer el espacio como una superficie de tela deformada por el peso de una masa. Todo lo que pase cerca moviéndose rectilíneamente, entrará en la depresión de la tela y doblará su trayectoria en torno a la masa.

Vean este video (está en inglés, pero las imágenes ya son claras de por sí).

Referencias:

  1. http://es.wikipedia.org/wiki/Problema_de_los_dos_cuerpos
  2. http://es.wikipedia.org/wiki/Isaac_Newton
  3. http://es.wikipedia.org/wiki/Sección_cónica
  4. http://es.wikipedia.org/wiki/Centro_de_masas
  5. http://es.wikipedia.org/wiki/Leyes_de_Kepler
  6. http://es.wikipedia.org/wiki/Teoría_de_la_relatividad
  7. http://es.wikipedia.org/wiki/Albert_Einstein

pdp.