La gravedad está ahí creételo


Vamos a exponer una situación que nos parece impresionante.  Expondremos las bases y dejaremos el análisis para el final.  Lo intentaremos hacer lo más fácil y claro posible.

Niveles energéticos y fotones

Ya hemos explicado en alguna ocasión el tema este.  Lo vamos a volver a hacer para seguir toda la línea argumental.

Según la teoría cuántica si tengo un átomo X este tendrá un número de niveles energéticos en los cuales se puede encontrar un electrón del átomo. Por simplicidad supondremos que tenemos únicamente dos niveles:

El electrón puede subir al nivel superior si absorbe un fotón CON LA ENERGÍA JUSTA de la diferencia de niveles:

En este caso el electrón pasa del nivel E1 al nivel E2 porque llega un fotón con la energía:

E_{foton}=E_2-E_1

Dado que la energía del fotón viene dada por su frecuencia \nu multiplicada por la constante de Planck:

E_{foton}=E_2-E_1=h\nu

Es decir, la transición entre estos dos niveles sólo la puede producir un fotón cuya frecuencia sea precisamente la que le de la energía exacta entre la diferencia de niveles.

Si tengo un átomo excitado, representado por X*, es decir con un electrón en el nivel E2 este podrá saltar al nivel de menor energía.  En este proceso se emite un fotón con la energía exacta entre la diferencia de niveles implicados y por tanto con una única frecuencia

Entonces está claro que si tenemos dos átomos iguales, uno en el estado de energía E2 y otro en el energía E1.  El átomo excitado X* decae a la energía inferior quedándose en el estado X y emitiendo un fotón.  El átomo X, en la energía inferior puede absorber ese fotón que tiene la frecuencia justa como para provocar  la transición de E1 a E2:

Hasta aquí todo bien, pero modifiquemos un poco el dispositivo.

Ahora ponemos el átomo X* (el que tiene el electrón en el nivel E2) a una altura h del suelo.

En el suelo ponemos un átomo X en el estado E1.

Lo que esperamos es que cuando el átomo X* emita el fotón producido por pasar de E2 a E1 el átomo en el suelo X sea capaz de absorberlo y pasar de E1 a E2.

Sin embargo, lo que ocurre es que el proceso no se da jamás.  Es decir, el fotón emitido en la parte superior no es capaz de excitar al átomo en el suelo.

¿Cómo puede ser esto? El fotón ha sido producido por una transición de un nivel E2 a un nivel E1, por lo tanto tiene que tener la frecuencia justa para producir la transición de E1 a E2 en el átomo en el suelo. ¿Por qué no pasa esto?

La respuesta es simple: LA GRAVEDAD

La Relatividad General nos dice que la gravedad modifica la frecuencia de un fotón emitido en un punto del campo gravitatorio conforme se propaga a otro punto.

En este caso podemos hablar en términos simples:

1.-  Si estamos en lo alto de la altura h y el átomo emite un fotón de frecuencia que denominaremos \nu_{emitida}.

2.-  Conforme el fotón se acerca al suelo la gravedad es más intensa que donde fue producido.  La relatividad general nos dice que la frecuencia que recibiremos \nu_{recibida} en el suelo vendrá dada por:

\nu_{recibida}=\sqrt{\dfrac{1-\dfrac{2GM}{(R+h)c^2}}{1-\dfrac{2GM}{Rc^2}}}\nu_{emitida}

donde M es la masa de la tierra, G es la constante de Newton, R es el radio de la tierra, h es la altura sobre la superficie a la que tenemos el átomo y c es la velocidad de la luz.

Lo que nos dice esta fórmula es que la frecuencia recibida es mayor que la frecuencia emitida. (Mayor frecuencia = Mayor energía del fotón—> ¿Se ha creado energía?¿Qué pasa aquí? Lo dejamos ahí).  Y eso hace que ese fotón ya no pueda producir la transición que originalmente lo ha producido.

Pues bien, esto da lugar a una comprobación que a mi siempre me ha gustado muchísimo de la Relatividad General.  Es lo que se conoce como el experimento de Pound-Rebka que explicaremos en otra entrada.  Dejamos esta aquí para que el que quiera comente o piense sobre ello.

Nos seguimos leyendo…

Para los curiosos que quieran ir leyendo sobre este experimento dejamos un enlace al artículo original de Pound y Rebka (luego uno puede ir a wiki o buscar por google, pero siempre es bueno leer fuentes originales.  Lo sentimos pero el artículo está en inglés):

Gravitational Red-Shift in Nuclear Resonance

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19 Respuestas a “La gravedad está ahí creételo

  1. Martin Jaramillo

    De la gravedad SI SE PUEDE extraer mucha energía.
    La energía mareomotriz es 100% energía gravitacional.
    Las plantas mareomotrices se inventaron hace muchos años y de ellas se extraen grandes cantidades de energía eléctrica.
    La gravedad le confiere energía potencial gravitaroria a todos los cuerpos materiales que se pueden mover acelerados por la gravedad.
    Se ha inventado EL REACTOR DE ARIETES que en un multigenerador gravitacional.
    El dispositivo es alimentado permanentemente por la gravedad terrestre, manteniendo la energía potencial gravitatoria constante. Claro está que a cada instante, la energía potencial gravitatoria suministrada por la gravedad es mucho mayor que la energía eléctrica generada por el reactor. Por eso no contradice las Leyes de la Física.
    El dispositivo puede generar cualquier cantidad de electricidad limpia y muy económica en cualquier sitio y la electricidad generada no se tiene que transportar. martinjaramilloperez@gmail.com

  2. Antes de todo razonamiento hay que recordar que la emisión y/o absorción por una partícula, siempre el fenómeno esta relacionado con la oscilación.

  3. La mejor parte de la entrada es la pregunta: Mayor frecuencia = Mayor energía del fotón—> ¿Se ha creado energía?¿Qué pasa aquí?

    Evidentemente es el campo gravitacional es el que proporciona la energia, pero en su nivel mas fundamental ¿que significa esto?¿que atomos de la masa responsable del campo gravitacional emitieron gravitones que fueron absorvidos por el foton aumentando su frecuencia?

  4. Petición al editor:
    Por favor, no permita más comentarios en esta entrada porque hace ya bastantes comentarios en los que no hay ninguna aportación interesante, y desde el primer comentario del post, que escribi yo mismo, y que decidí “Recibir siguientes comentarios por correo”, mi correo se está llenando sin valor alguno.
    Gracias y mil perdones por mi inmensa parte de responsabilidad.

    • Bien, hemos permitido esta conversación (que ha sido ya eliminada porque no aporta nada) para mostrar que aquí no se censura gratuitamente. El amigo CaspolinoX nos dijo que esa página que enlazaba el señor Oscar era interesante y que podía ser un punto de vista bueno para aprender. Creemos que ya se ha visto que la conversación no conduce a ningún sitio. Aquí si alguien critica con sentido ser le permitirá todo tipo de críticas y comentarios y así aprenderemos todos.

      Ya ha quedado claro el tema.

      El que no esté de acuerdo con el procedimiento puede escribir un mail a: cuentos.cuanticos@googlemail.com y explicaremos el por qué de la moderación de su mensajes con todo lujo de detalles. Pero este sitio es para aprender y discutir sobre ciencia de manera civilizada y no para divagar y confundir.

      Espero que haya quedado claro que aquí no tenemos nada en contra de las nuevas ideas.

  5. Una entrada muy curiosa.
    Gracias

  6. Soy el Anónimo de nuevo, quizá es un poco “feo” o maleducado no poner un nombre, ya que es muy impersonal.
    Ya lo he hecho un par de veces :$, pero a partir de ahora firmaré como PG.

    El hecho es que TODA la energía del fotón se considera energía cinética, no la que se calcula en régimen no relativista (1/2mv2), ya que no tiene masa, sino que justamente se aplica Ec=hv, por lo que creo que el término usado es el correcto, otra cosa es que sí que he aplicado el término “energía potencial”, y esto era una licencia simplista que me he permitido, la verdad es que no tiene tal energía.

    Sigue así Cuentos Cuánticos, aprendo mucho con vosotros, y sé que si seguís así seréis un referente. En cuanto tengáis más completos los proyectos que tenéis en mente esto será una mina.

    Saludos

  7. Y ahora es cuando empiezan a llegarme montones de dudas, jejeje… Por ejemplo, cuando Hubble descubrió que la luz que venía de otras galaxias mostraba un desplazamiento al rojo, ¿por qué se le achaca eso directamente a que el Universo está en expansión? ¿no podría explicarse también desde el punto de vista de que los correspondientes fotones, al llegar a nosotros, han aumentado su energía potencial, a costa de disminuir su frecuencia?

    No estoy diciendo, ni mucho menos, que sea mentira eso de la expansión, pero alguna influencia tendrá el cambio de potencial gravitatorio en ese desplazamiento al rojo… ¿sabéis si hay algunos datos sobre la contribución relativa de cada causa?

    • Basándonos en el principio cosmológico la densidad en el universo es homogénea (en escalas cosmológicas) así que no ha podido deberse a un deplazamiento en la frecuencia por cuestiones de diferencias de potencial.

      Evidentemente cuando un fotón abandona una galaxia o una estrella sufre un cambio en la frecuencia debido a la influencia de la gravedad. Pero ese efecto no puede ser aplicado a lo que encontró Hubble porque la ley de Hubble no se verificaría en ese caso sino que encontraríamos diferentes cambios en la frecuencia de forma no correlacionada con la distancia que nos separa de las otras galaxias.

  8. mmm… en mi opinión eso serviría quizá para intentar hacer una interpretación más intuitiva del sorprendente fenómeno… pero los conceptos de energía potencial o cinética creo que no serían aplicables a un fotón (no sé si me equivoco). Me temo que en este caso hay que tirar de relatividad general…

    • En este caso son aplicables, de hecho si miras la fórmula aparece el término -G\dfrac{M}{R} que no es más que el potencial gravitatorio Newtoniano. En este caso se puede aplicar este razonamiento porque el campo gravitatorio de la tierra es muy flojito y en ese límite gravedad Newtoniana y Relatividad General coinciden a primera aproximación.

      • Entonces, ¿los conceptos de energía potencial y cinética son aplicables a un fotón? ¿o sólo lo son en los casos en los que la Relatividad General se aproxima a Newton?

        • Bueno, en términos estrictos sí se pueden aplicar siempre y cuando el argumento provenga de Relatividad General. Es decir, en realidad el potencial Newtoniano gravitatorio procede de una componente de la métrica del espaciotiempo y esta métrica afecta al fotón. Por lo tanto, sabiendo de dónde viene, no hay ningún problema en utilizar esta nomenclatura.

          Y el fotón tiene energía y ya que el fotón no interactúa más que con la gravedad podemos decir que esa energía es cinética, aunque el nombre en este caso no es muy adecuado. La explicación dada por el compañero es perfecta salvo por el empleo de “energía cinética” pero el argumento de que el aumento en la frecuencia se hace a costa del potencial gravitatorio es muy correcto.

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    • I could read a book about this without finding such real-world approaches!

  9. Está claro que es debido a que la energía potencial, ya que el átomo X* está a una altura h respecto a X. Esta energía potencial se convierte en energía cinética conforme “cae” el fotón, añadiéndose a la inicial (E2-E1), y puesto que la energía cinética del fotón se mide por la ecuación E=hv, ya h es una constante, la frecuencia ha de aumentar.

  10. Curioso!!!
    Y si ponemos un espejo en el suelo y hay otro átomo igual que el del suelo a la altura h ¿el fotón habrá “perdido” la energía justa para producirle a la transición de E1 a E2?

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