Em 1905, Albert Einstein virou o mundo da física teórica de cabeça para baixo, publicando um trabalho sobre disciplina, que mais tarde seria chamado de teoria especial da relatividade. Ela mostrou que o espaço e o tempo não podem ser considerados entidades absolutas: o tempo pode acelerar ou desacelerar, os comprimentos padrão podem ser reduzidos, as massas podem aumentar.
E, o resultado mais famoso, a equivalência da massa de energia e sua proporção é expressa pela equação E = mc².
Ninguém duvida do gênio de Einstein, que formulou a teoria geral da relatividade, mas é geralmente aceito que, se ele não tivesse publicado sua teoria em 1905, algum outro físico em breve a faria em seu lugar.
“Cruz de Einstein” - quatro imagens de um quasar distante, obtidas devido ao fato de que a luz dela se curva em torno de uma galáxia localizada mais próxima de nós, atuando como uma lente gravitacional.Somente em 1915 Einstein demonstrou sua genialidade publicando sua teoria geral da relatividade. Ela argumentou que a curvatura do espaço-tempo é proporcional e também ocorre devido à "densidade energia-momento", ou seja, energia e momento associado a qualquer matéria em um volume unitário de espaço.
Esta afirmação foi confirmada quando coincidiu com observações da
órbita incomum de Mercúrio e com a luz das estrelas curvando-se ao redor do Sol.
Nos últimos cem anos, a GTR foi verificada com tremenda precisão e passou no teste todas as vezes. O GR tornou-se um salto tão gigante que se pode dizer que, se Einstein não o tivesse formulado, poderia ter permanecido desconhecido por muito tempo.
O caminho para a teoria geral da relatividade
Em 1907, "o pensamento mais feliz da vida" chegou a Einstein quando ele estava sentado em uma cadeira no escritório de patentes em Berna:
Se uma pessoa cai livremente, ela não sente seu peso.
Ela o levou à formulação do "
princípio da equivalência ", que afirma que é impossível distinguir entre um referencial acelerado e um campo gravitacional. Por exemplo, se você estiver na Terra, parecerá exatamente o mesmo que se estivesse em uma nave espacial se movendo com uma aceleração de 9,81 m / s² - com uma aceleração da gravidade na Terra.
Este foi o primeiro passo importante na formulação de uma nova teoria da gravidade.
Einstein acreditava que "toda a física é geometria". Ele quis dizer que o espaço-tempo e o universo podem ser pensados em termos geométricos. A conclusão mais surpreendente da relatividade geral, a natureza dinâmica do tempo e do espaço, aparentemente levou Einstein à necessidade de repensar o espaço-tempo "geométrico".
Einstein conduziu uma série de
experimentos de pensamento precisos comparando observações feitas por observadores em
referenciais inerciais e
rotativos .
Ele estabeleceu que, para um observador em um quadro de referência rotativo, o espaço-tempo não pode ser euclidiano, isto é, como a geometria plana que todos estudamos nas escolas. Precisamos introduzir um "espaço curvo" em consideração para levar em consideração as anomalias previstas pela relatividade. A curvatura se torna a segunda suposição mais importante que sustenta sua relatividade geral.
Para descrever o espaço curvo, Einstein se voltou para um trabalho anterior de
Bernard Riemann , um matemático do século XIX. Com a ajuda de seu amigo
Marcel Grossman , também matemático, Einstein passou vários anos tediosos estudando a matemática de espaços curvos - o que os matemáticos chamam de "geometria diferencial". Einstein observou que "comparada com a compreensão da gravidade, a teoria especial da relatividade parecia o brinquedo de uma criança".
Einstein agora tinha um aparato matemático para completar a teoria. O princípio da equivalência argumentou que um quadro de referência acelerado é equivalente a um campo gravitacional. Como resultado de seus estudos de geometria, ele acreditava que o campo gravitacional era uma simples manifestação do espaço-tempo curvo. Portanto, ele poderia mostrar que os quadros de referência acelerados eram espaços não euclidianos.
Desenvolvimento
O terceiro passo crítico foi a eliminação das dificuldades em aplicar GR à gravidade newtoniana. Na teoria especial da relatividade, a constância da velocidade da luz em todos os referenciais e a afirmação de que a velocidade da luz é a velocidade máxima alcançável contradiziam a teoria newtoniana da gravidade, que postulava a ação instantânea da gravidade.
Simplificando, a gravidade newtoniana disse que, se você remover o Sol do centro do sistema solar, o efeito gravitacional desse evento será instantaneamente sentido na Terra. Mas o STO diz que mesmo o efeito do desaparecimento do Sol se moverá na velocidade da luz.
Einstein também sabia que a atração gravitacional de dois corpos é diretamente proporcional às suas massas, o que se segue de Newtoniano F = G * M * m / r². Portanto, a massa determinou claramente a força do campo gravitacional. O SRT diz que a massa é equivalente à energia; portanto, a densidade do momento da energia também deve determinar a força da gravidade.
Como resultado, três suposições principais que Einstein usou para formular sua teoria foram:
1. Nos sistemas de referência
rotativos (não inerciais), o espaço é curvo (não euclidiano).
2. O princípio da equivalência diz que os quadros de referência acelerados são equivalentes aos campos gravitacionais.
3. Do SRT segue a equivalência de massa e energia, e da física newtoniana segue-se que a massa é proporcional à força da gravidade.
Einstein conseguiu concluir que a densidade do momento da energia cria e é proporcional à curvatura do espaço-tempo.
Não se sabe quando ele teve um "insight", quando ele foi capaz de montar esse quebra-cabeça e conectar massa / energia com a curvatura do espaço.
De 1913 a 1915, Einstein publicou vários trabalhos enquanto trabalhava na conclusão da relatividade geral. Em alguns trabalhos, foram cometidos erros, por causa dos quais Einstein estava perdendo tempo com distrações desnecessárias em considerações teóricas.
Mas o resultado final, que a densidade do momento da energia curva o espaço-tempo, como uma bola de boliche, é uma folha esticada de borracha, e que o movimento da massa em um campo gravitacional depende da curvatura do espaço-tempo, são sem dúvida as maiores suposições feitas pela inteligência humana.
Handicap
Quanto tempo entenderíamos a gravidade se não fosse o gênio de Einstein conosco? É possível que tenhamos que esperar por isso por muitas décadas. Mas em 1979, o enigma certamente sairia. Naquele ano, os astrônomos descobriram os "
quasares gêmeos ", QSO 0957 + 561, o primeiro quasar a observar lentes gravitacionais.
Essa descoberta surpreendente só pode ser explicada pela curvatura do espaço-tempo. Para ele, eles provavelmente teriam recebido o Prêmio Nobel, se não fosse pelo gênio de Einstein. Ou talvez ainda valha a pena dar.