¿Qué hizo pensar a alguien por primera vez que la gravedad dilata el tiempo?

No “alguien”. Albert Einstein. El profesor Albert Einstein se vio obligado a abandonar más de trescientos años de consenso en la teoría gravitacional. Tuvo que postular ideas escandalosas: la velocidad de la luz es constante para todos los observadores, la masa aumenta con la velocidad, la longitud de los objetos sólidos se reduce con la velocidad, el tiempo se dilata con la velocidad y en presencia de masa. Esa masa es equivalente a la energía. Todas estas cosas las hizo con lógica simple y su mente. Los resultados de sus “experimentos mentales” lo obligaron a abandonar todo lo que el resto de la humanidad sabía en sus entrañas que era la realidad. El solo.

Todas estas cosas ahora se han observado mediante experimentos reproducibles y observaciones de la naturaleza. La gravedad de Newton no había podido explicar la órbita de Mercurio durante cientos de años. Docenas de físicos intentaron, pero fracasaron durante cientos de años, explicar esa órbita. Solo el profesor Einstein estuvo cerca. Albert Einstein. Olvida todo lo que acabo de escribir si recuerdas a Albert Einstein.

Que yo sepa, fue Albert Einstein durante su formulación de la relatividad general. No había evidencia experimental clara a este respecto, pero estaba tratando de llegar a teorías relativamente simples e internamente consistentes que vincularan varias rarezas observadas, lo cual es exactamente la misma tarea de cada físico teórico antes o después, especialmente desde entonces.

Quería hacer que la relatividad especial fuera consistente con la gravedad, una tarea que resultó ser más complicada y abstracta de lo que uno podría pensar inicialmente, especialmente en comparación con la estructura de la relatividad especial. El postulado básico de la relatividad especial es que la velocidad medida de la luz en el vacío es una constante universal y es la misma para todos los observadores , un hecho de acuerdo con resultados experimentales confusos. El resto se basa en esa suposición, y en gran medida en los trabajos de otros como Lorentz. La idea más original en SR fue la equivalencia de energía de masa, que Einstein describió de una manera bastante conservadora y de bajo riesgo y que se conserva como terminología preferida en los libros de texto hasta el día de hoy. Pero SR no tenía nada que ver con la gravedad, y de hecho de alguna manera se dejó inconsistente con la gravedad, lo que abrió algunas preguntas ligeramente mejoradas.

Al igual que reflexionar sobre el postulado de la velocidad de la luz condujo inevitablemente a una relatividad especial, reflexionando sobre un postulado de que alguien en una caja sin ventanas no podría saber si la gravedad los empujó al piso o si también estaban empujando a través del espacio vacío condujo inevitablemente a las relaciones matemáticas de la relatividad general . Debido a que Einstein, tal vez más que la mayoría de los físicos, solo publicó artículos pulidos que había pensado hasta el final en lugar de ideas a medio terminar pero revolucionarias, solo tenemos un enfoque matemático dominante para la relatividad especial y general, y solo un nombre que podemos adjuntar directamente a cualquiera de ellos.

Adición, los datos que primero demostraron claramente las deficiencias de la gravedad de Newton provienen de la medición gradual y cada vez más precisa de la precesión anómala del perihelio de la órbita de Mercurio. Se podría decir que esta es la inconsistencia que GR se hizo para abordar. Pero siendo tan extraño y fundamental como GR, innumerables predicciones mucho más extrañas se han extraído de GR. Cada una de estas predicciones que hemos podido probar ha demostrado su precisión. En cierto modo, esto es decepcionante, porque necesitamos datos contradictorios para desarrollar la próxima teoría con certeza. Por ejemplo (como acabo de mirar hacia arriba), recientemente, en 2016, hemos confirmado observacionalmente que es una predicción de fuertes ondas gravitacionales producidas por la fusión de dos agujeros negros. De manera similar, la distorsión del tiempo por gravedad (más específicamente, la distorsión que coincide con la presencia de masa) fue una de esas predicciones, pero no se observó antes de la formulación de GR.

La ley de gravedad de Newton, F = GMm / r ^ 2, viola trivialmente la relatividad especial al actuar instantáneamente a una distancia, definiendo un marco de referencia absoluto. (La simultaneidad depende del observador).

Einstein se dio cuenta de este problema en 1905 y lo corrigió por completo en 1915 con una teoría de la gravedad completamente nueva y fundamentalmente diferente. Pero mucho antes de eso, demostró que la gravedad afectaba el tiempo, así como la velocidad, el color y la dirección de la luz.

Encontró la clave en el descubrimiento de Galileo de que, en términos newtonianos, la aceleración de la gravedad, únicamente entre todas las fuerzas, no depende de la masa. (En ausencia de aire, las plumas caen tan rápido como una bala de cañón). La importancia de esto era que la gravedad no es realmente una fuerza newtoniana, sino que puede describirse por geometría pura.

Para lograr esto, Einstein comenzó con el llamado “principio de equivalencia”, según el cual los efectos de la gravedad son localmente idénticos a los de la aceleración. Entre los efectos que analizó solo con este modelo, mucho antes de su teoría final de la gravedad, está el paso de un rayo de luz a través de una plataforma que se acelera hacia arriba.

Mostró que la trayectoria de la luz es curva, estirada y desplazada hacia el rojo, mientras que el paso del tiempo local es necesario más lento, en una cantidad proporcional al potencial gravitacional del campo equivalente.

Una traducción al inglés del artículo (corto, simple) está en

http: //www.relativitycalculator …

Nota para los perfeccionistas: el documento tiene un error (un factor de 2) con respecto al potencial. (Cualquier persona con la imaginación y la creatividad de un Einstein puede ser perdonado por un error o dos).