En 1905, Albert Einstein dio vuelta el mundo de la física teórica, publicando un trabajo sobre disciplina, que luego se llamaría la teoría especial de la relatividad. Ella demostró que el espacio y el tiempo no pueden considerarse como entidades absolutas: el tiempo puede acelerar o disminuir, las longitudes estándar pueden reducirse, las masas pueden aumentar.
Y, el resultado más famoso, la equivalencia de la masa de energía, y su proporción se expresa a través de la ecuación E = mc².
Nadie duda del genio de Einstein, quien formuló la teoría general de la relatividad, pero en general se acepta que si no hubiera publicado su teoría en 1905, algún otro físico pronto lo habría hecho en su lugar.
"Cruz de Einstein": cuatro imágenes de un quásar distante, obtenidas debido al hecho de que la luz de este se dobla alrededor de una galaxia ubicada más cerca de nosotros, actuando como una lente gravitacional.Solo en 1915 Einstein demostró su genio al publicar su teoría general de la relatividad. Ella argumentó que la curvatura del espacio-tiempo es proporcional, y también ocurre debido a la "densidad de energía-momento", es decir, la energía y el momento asociados con cualquier materia en una unidad de volumen de espacio.
Esta afirmación se confirmó cuando coincidió con observaciones de la
órbita inusual de Mercurio y con la luz de las estrellas que se inclinaban alrededor del Sol.
En los últimos cien años, GTR ha sido verificado con una precisión tremenda y pasó la prueba cada vez. GR se ha convertido en un salto tan gigante que se puede decir que si Einstein no lo hubiera formulado, podría haber permanecido sin descubrir durante mucho tiempo.
El camino hacia la teoría general de la relatividad.
En 1907, "el pensamiento más feliz de toda una vida" llegó a Einstein cuando estaba sentado en una silla en la oficina de patentes de Berna:
Si una persona cae libremente, no siente su peso.
Ella lo condujo a la formulación del "
principio de equivalencia ", que establece que es imposible distinguir entre un marco de referencia acelerado y un campo gravitacional. Por ejemplo, si está parado en la Tierra, se sentirá exactamente igual que si estuviera parado en una nave espacial moviéndose con una aceleración de 9.81 m / s², con una aceleración de la gravedad en la Tierra.
Este fue el primer paso importante en la formulación de una nueva teoría de la gravedad.
Einstein creía que "toda la física es geometría". Él quiso decir que sobre el espacio-tiempo y el Universo se puede pensar en términos geométricos. La conclusión más sorprendente de la relatividad general, la naturaleza dinámica del tiempo y el espacio, aparentemente llevó a Einstein a la necesidad de repensar el espacio-tiempo "geométrico".
Einstein realizó una serie de
experimentos de pensamiento precisos
que compararon observaciones hechas por observadores en marcos de referencia
inerciales y
rotativos .
Estableció que para un observador en un marco de referencia rotativo, el espacio-tiempo no puede ser euclidiano, es decir, como la geometría plana que todos estudiamos en las escuelas. Necesitamos introducir un "espacio curvo" en consideración para tener en cuenta las anomalías predichas por la relatividad. La curvatura se convierte en el segundo supuesto más importante que respalda su relatividad general.
Para describir el espacio curvo, Einstein recurrió a un trabajo anterior de
Bernard Riemann , un matemático del siglo XIX. Con la ayuda de su amigo
Marcel Grossman , también matemático, Einstein pasó varios años tediosos estudiando las matemáticas de los espacios curvos, lo que los matemáticos llaman "geometría diferencial". Einstein señaló que "en comparación con la comprensión de la gravedad, la teoría especial de la relatividad parecía un juguete para niños".
Einstein ahora tenía un aparato matemático para completar la teoría. El principio de equivalencia argumentó que un marco de referencia acelerado es equivalente a un campo gravitacional. Como resultado de sus estudios de geometría, creía que el campo gravitacional era una simple manifestación del espacio-tiempo curvo. Por lo tanto, podría mostrar que los marcos de referencia acelerados eran espacios no euclidianos.
Desarrollo
El tercer paso crítico fue la eliminación de las dificultades en la aplicación de GR a la gravedad newtoniana. En la teoría especial de la relatividad, la constancia de la velocidad de la luz en todos los marcos de referencia y la afirmación de que la velocidad de la luz es la velocidad máxima alcanzable contradecían la teoría de la gravedad newtoniana, que postulaba la acción instantánea de la gravedad.
En pocas palabras, la gravedad newtoniana dice que si quitas el Sol del centro del sistema solar, el efecto gravitacional de este evento se sentirá instantáneamente en la Tierra. Pero STO dice que incluso el efecto de la desaparición del Sol se moverá a la velocidad de la luz.
Einstein también sabía que la atracción gravitacional de dos cuerpos es directamente proporcional a sus masas, que se deduce de Newtonian F = G * M * m / r². Por lo tanto, la masa determinó claramente la fuerza del campo gravitacional. SRT dice que la masa es equivalente a la energía, por lo que la densidad de energía-momento también debe determinar la fuerza de la gravedad.
Como resultado, tres supuestos clave que Einstein utilizó para formular su teoría fueron:
1. En los sistemas de referencia
rotativos (no inerciales), el espacio es curvo (no euclidiano).
2. El principio de equivalencia dice que los marcos de referencia acelerados son equivalentes a los campos gravitacionales.
3. De SRT se sigue la equivalencia de masa y energía, y de la física newtoniana se deduce que la masa es proporcional a la fuerza de la gravedad.
Einstein pudo concluir que la densidad energía-momento crea y es proporcional a la curvatura del espacio-tiempo.
No se sabe cuándo tuvo una "visión", cuándo pudo armar este rompecabezas y conectar masa / energía con la curvatura del espacio.
De 1913 a 1915, Einstein publicó varios trabajos mientras trabajaba en la finalización de la relatividad general. En algunos trabajos, se cometieron errores, por lo que Einstein estaba perdiendo el tiempo en distracciones innecesarias en consideraciones teóricas.
Pero el resultado final, que la densidad de energía-momento dobla el espacio-tiempo, como una bola de boliche es una lámina de goma estirada, y que el movimiento de masa en un campo gravitacional depende de la curvatura del espacio-tiempo, es sin duda la mayor suposición hecha por la inteligencia humana.
Discapacidad
¿Cuánto tiempo entenderíamos la gravedad si no fuera por el genio de Einstein con nosotros? Es posible que tengamos que esperar esto durante muchas décadas. Pero en 1979, el acertijo seguramente saldría. Ese año, los astrónomos descubrieron los "
cuásares gemelos ", QSO 0957 + 561, el primer cuásar en observar lentes gravitacionales.
Este sorprendente descubrimiento solo puede explicarse por la curvatura del espacio-tiempo. Para él, probablemente habrían recibido el Premio Nobel, si no fuera por el genio de Einstein. O tal vez todavía valga la pena darlo.