A continuación incluiremos algunos conceptos que difieren de las teorías relativistas sobre el comportamiento de la luz, que nos permitirán apreciar mejor la forma que percibimos las cosas que pasan en nuestro universo. Veremos que el espacio-tiempo no se curva si no que en vez de esto. La luz cambia su trayectoria por efecto de la velocidad a que fue emitida. Veremos que la forma de percibir el espacio-tiempo curvado no es más que una forma de entender mejor las cosas, ya que por la luz es que nosotros podemos percibir los objetos, debido a que estos reflejan la luz. Causándonos que debamos apreciar el comportamiento del espacio-tiempo como si en verdad está curvándose.
Deducciones
Si sincronizamos dos pulsos de luz y uno de ellos lo hacemos emprender un viaje espacial de gran velocidad y el otro lo dejamos en la tierra, tal como en el experimento de los gemelos mencionados por Einstein en su teoría de la relatividad. Se puede demostrar que en vez de curvar el espacio-tiempo por la gran velocidad que lleva la nave espacial, solo se modifica la trayectoria de la luz por la velocidad que ha adquirido.
Figura 1
Además se puede establecer bien claro que tiempo debe transcurrir para llegar a un punto determinado en cualquier lugar del espacio; incluso, agregando marcos de referencia espaciales (x, y, z). También, se puede predecir el tiempo de desfase entre el observador y el punto observado; se puede demostrar que la luz tiene varias etapas (IDEM Einstein).
Se puede notar que el observador ve la fuente desde cualquier posición, no siendo así para los puntos donde la luz viaja en el vacío. Además, podemos ver la luz reflejada en los sólidos siempre considerando el tiempo de retardo para cualquier marco de referencia. Siendo esta la razón por la que un tren que entra a gran velocidad a un túnel, es visto por un observador fuera del tren. Al observador le parecerá que el tren es más pequeño que lo que realmente es.
Partiremos de algunos puntos básicos para plantear el caso:
Ø La luz viaja con velocidad independiente del marco de referencia (IDEM teorías relativistas)
Ø La luz adquiere una velocidad no relativista, es decir, que puede moverse a cualquier velocidad como en la mecánica clásica siempre y cuando esta velocidad sea tangencial al desplazamiento de la luz. Lo que significa que si encendemos un foco de manera vertical en el marco de referencia horizontal – vertical y le proporcionamos una velocidad horizontal v0. la luz se desplazará de una marea inclinada de a cuerdo con el vector resultante de la velocidad c y de la velocidad v0, fácilmente deducible en las ecuaciones siguientes:
Equación 1
Donde,
x,y componentes del plano cartesiano. (Fue omitida la componente z para simplificar los cálculos, pero serian los mismos planteamientos).
d vector resultante de x,yc constante de Lorenzt
t tiempo
T periodo
v0 velocidad de desplazamiento
cosφ Angulo de salida de la luz.
Nótese que son los mismos resultados que en el factor de Lorenzt pero determinado a partir de que el espacio-tiempo no se curva, si no que es una equivalencia debido a que percibimos las cosas porque la luz se refleja en los objetos sólidos y estamos sujetos a las fenómenos físicos que afectan a la luz.
En cuanto a la paradoja relativista del tren o nave espacial con dos relojes sincronizados y se atrasa uno con respecto del otro, se puede demostrar con lo anterior que el observador que está en el tren ve el reloj (pulso de luz) moverse en de manera vertical porque la diagonal que describe el desplazamiento de la luz corresponde exactamente con la velocidad constante que lleva el tren. Si el observador obtuviera una aceleración ya no recibiría la misma visión vertical, lo que viera fuera una curva descrita por el aumento de velocidad en cada instante. Mientras el observador fuera del tren ve la trayectoria diagonal que describe la luz.
De aquí el hecho de que no se curva el espacio-tiempo, sino que se puede variar la trayectoria del desplazamiento de la luz, manteniendo esta su misma velocidad durante su recorrido.
Figura 2
Figura 3
Para los dos marcos de referencias de las figuras 1 y 2 se puede calcular el tiempo transcurrido y resultará el mismo tal como las preediciones relativistas. Se percibe un cambio en el tiempo por la forma en que se desplaza la luz cuando la fuente está en movimiento.
Algunas interrogantes con relación a lo planteado anteriormente:
¿Qué pasaría si se coloca un gran reloj como el de la paradoja del tren en orbita de tal manera que el observador que se aleja a una velocidad constante de la tierra lo viera con un telescopio potente?
Cada vez que se hace más lejos, se iría retardando el tiempo relativo en la nave, por lo que no puede apreciar el tiempo verdadero transcurrido hasta no hacer las correcciones planteadas anteriormente. Esto no indica que el espacio-tiempo se ha curvado, sino, que cada vez la luz viaja una distancia mayor por lo que el tiempo tierra habría que corregirlo en la nave para que el observador pueda apreciar el tiempo transcurrido y poder calcular luego la posición correcta de la tierra en su regreso.
¿Y el tiempo en la tierra sería igual?
Si se observa el reloj de la tierra sería el mismo que se percibe. Pero es oportuno hacer notar que como la tierra no varia su velocidad considerablemente no se puede observar el propio desplazamiento diagonal del reloj de la tierra, a menos que hubiese un observador fuera de nuestro marco de referencia.
Objetos masivos
También, con simples deducciones podemos verificar que las estrellas de neutrones emiten luz como faros porque su gran velocidad angular hace aumentar las velocidades tangenciales por el ecuador y disminuye al acercarse a los polos, por lo que la luz se curva en las zonas próximas al ecuador y permite que la gravedad ejerza su efecto (magnificado por la gran concentración de masa que este tipo de estrella poseen) sobre la luz impidiendo que esta salga por el ecuador quedando los polos libres para dejar salir la luz.
v0=wr, donde, v0 es la velocidad tangencial producida por la velocidad angular, w la velocidad angular de la estrella y r el radio de la estrella. Se observa que la velocidad tangencial aumenta con el aumento del radio.
Debemos mencionar que la velocidad tangencial resultante, también habría que agregarle la velocidad que produce la traslación de los cuerpos en el espacio.
Seria igual para un agujero negro, lo único que debido a que la gravedad es mayor que las estrellas de neutrones la luz sale del agujero negro por la superficie donde la velocidad tangencial tiende a cero por lo que solo se observa un pequeño eje de emisión de luz altamente concentrada.
Componentes del desplazamiento de la luz
De todo lo anterior, podemos afirmar que la luz se desplaza con dos componentes fundamentales:
Ø La componente relativista, que refiere que la luz mantiene siempre la misma velocidad en la trayectoria que describe.
Ø La componente clásica, que permite que esta se desplace como partícula a lo largo de la componente tangencial de la luz
En cuanto al efecto de la gravedad sobre la luz: tal como Einstein predijo con su teoría de la relatividad general (masa y energía son equivalentes).
Si hacemos un experimento con una masa que la convertimos en energía pura como los fotones o rayos gamma. Esta energía puede transmitirse en cualquier dirección, pero si la enfocamos de tal manera que toda la energia se transmita en una sola dirección, entonces la pasamos por las proximidades de un objeto masivo, esta se curvará por su equivalente masa. Teniendo en cuenta que la masa (Energía equivalente) no se transmite en el mismo instante sino que una sección de de masa (densidad de energía) pasa durante el tiempo que dure la emisión de energía.
La densidad de energía, no es más que la concentración que tiente la energía en una sección determinada. Así como, con una lupa podemos variar la concentración de la luz para producir fuego, de la misma manera mientras más energía pase por una sección determinada mayor será la curvatura de la luz por los efectos de la gravedad de objetos masivos.
Observaciones
Serán muy útiles las leyes demostradas de la física como son las leyes de Kepler, gravedad universal, teorías relativistas, teorías cuánticas, entre otras para unificar los criterios en las leyes que rigen nuestro universo.
Este articulo ha sido escrito por el ing. Omar Avila