Teoría de la relatividad general de Einstein: la gravedad como la geometría

Relatividad general era la teoría de Einstein de la gravedad, publicada en 1915, que se extendió la relatividad especial para tener en cuenta marcos no inerciales de referencia - las zonas que están acelerando con respecto a la otra. La relatividad general toma la forma de las ecuaciones de campo, que describe la curvatura del espacio-tiempo y la distribución de la materia en todo el espacio-tiempo. Los efectos de la materia y el espacio-tiempo el uno del otro son lo que percibimos como gravedad.

La teoría del continuo espacio-tiempo ya existía, pero bajo la relatividad general de Einstein fue capaz de describir la gravedad como la curvatura de la geometría del espacio-tiempo. Einstein definió un conjunto de ecuaciones de campo, lo que representa la forma en que la gravedad se comportó en respuesta a la materia en el espacio-tiempo. Estas ecuaciones de campo podrían ser utilizados para representar la geometría del espacio-tiempo que estaba en el corazón de la teoría de la relatividad general.

Como Einstein desarrolló su teoría de la relatividad general, que tuvo que redefinir la noción aceptada del continuo espacio-tiempo en un marco matemático más preciso. También introdujo otro principio, el principio de covarianza. Este principio establece que las leyes de la física deben tener la misma forma en todos los sistemas de coordenadas.

En otras palabras, todas las coordenadas espacio-temporales se tratan de la misma por las leyes de la física - en la forma de las ecuaciones de campo de Einstein. Esto es similar a la del principio de la relatividad, que establece que las leyes de la física son las mismas para todos los observadores que se mueven a velocidades constantes. De hecho, después se desarrolló la relatividad general, estaba claro que los principios de la relatividad especial son un caso especial.

Principio básico de Einstein fue que no importa dónde se encuentre - Toledo, el Monte Everest, Júpiter, o la galaxia de Andrómeda - aplicar las mismas leyes. Esta vez, sin embargo, las leyes eran las ecuaciones de campo, y su movimiento podría muy definitivamente impactará qué soluciones salieron de las ecuaciones de campo.

Aplicando el principio de covarianza significó que el espacio-tiempo coordina en un campo gravitacional tuvo que trabajar exactamente de la misma manera que el espacio-tiempo coordina en una nave espacial que fue acelerando. Si usted está acelerando a través del espacio vacío (donde el campo espacio-tiempo es plano, como en la imagen izquierda de esta figura), la geometría del espacio-tiempo parece a la curva. Esto significa que si hay un objeto con masa generar un campo gravitatorio, tuvo que curva el campo espacio-tiempo, así (como se muestra en la imagen de la derecha de la figura).

En otras palabras, Einstein había logrado explicar el misterio de Newton de la gravedad, donde vino! La gravedad resultó de objetos masivos de flexión la geometría del espacio-tiempo en sí.

Debido a que el espacio-tiempo curvo, los objetos que se mueven a través del espacio seguirían el " recto " camino a lo largo de la curva, lo que explica el movimiento de los planetas. Siguen una trayectoria curva alrededor del sol porque el sol se dobla el espacio-tiempo a su alrededor.

Una vez más, se puede pensar en esto por analogía. Si usted está volando en avión en la Tierra, se sigue un camino que se curva alrededor de la Tierra. De hecho, si usted toma un mapa plano y dibuja una línea recta entre los puntos inicial y final de un viaje, que lo haría no ser el camino más corto a seguir. El camino más corto es en realidad el formado por una " gran círculo " que se obtendría si se corta la Tierra directamente por la mitad, con los dos puntos a lo largo del exterior de la corte. Viajando desde la ciudad de Nueva York hasta el norte de Australia implica volar a lo largo de el sur de Canadá y Alaska - ni cerca de una línea recta en los mapas planos que estamos acostumbrados.

Del mismo modo, los planetas en el sistema solar siguen los caminos más cortos - los que requieren la menor cantidad de energía - y que resulta en el movimiento que observamos.

En 1911, Einstein había hecho lo suficiente el trabajo sobre la relatividad general para predecir la cantidad de la luz debe curvarse en esta situación, que debe ser visible para los astrónomos durante un eclipse.

Cuando publicó su teoría completa de la relatividad general en 1915, Einstein había corregido un par de errores y en 1919, una expedición se dispuso a observar la desviación de la luz por el sol durante un eclipse, en la isla africana al oeste de Príncipe. El líder de la expedición era astrónomo británico Arthur Eddington, un firme defensor de Einstein.

Eddington regresó a Inglaterra con las imágenes que necesitaba, y sus cálculos mostraron que la desviación de la luz coincide, precisamente, las predicciones de Einstein. La relatividad general había hecho una predicción que hacía juego con la observación.

Albert Einstein había creado con éxito una teoría que explica las fuerzas gravitatorias del universo y lo habían hecho mediante la aplicación de un puñado de principios básicos. En la medida en que sea posible, el trabajo había sido confirmada, y la mayor parte del mundo de la física de acuerdo con ella. Casi toda la noche, el nombre de Einstein se hizo mundialmente famosa. En 1921, Einstein viajó a través de los Estados Unidos a un circo mediático que probablemente no fue igualada hasta que la Beatlemanía de la década de 1960.