¿Qué es exactamente la teoría de la relatividad general? ¿Se puede explicar en una forma ligeramente simplificada?

La teoría general de la relatividad es una teoría que extiende la teoría de la relatividad especial. La relatividad especial solo se aplica a los marcos de referencia inerciales (marcos de referencia sin efectos gravitacionales o de aceleración). La relatividad general extiende la relatividad a marcos de referencia que tienen aceleración y / o gravedad.

La relatividad especial cuantificó la forma en que el espacio y el tiempo “responden” a la presencia de un nivel constante de energía cinética o velocidad constante. La teoría general de la relatividad extiende esta teoría para mostrar cómo el espacio y el tiempo “responden” a la presencia de masa / energía o La adición de energía que provoca la aceleración o un nivel creciente o decreciente de energía cinética.

La Relatividad Especial introdujo el concepto de espacio-tiempo de Minkowski. Los cálculos de SR se hicieron mucho más simples si el tiempo se agregara matemáticamente al espacio. En el espacio-tiempo de 4 dimensiones, se podría pensar que todos los objetos viajan a la velocidad de la luz. Algunas cosas, como la luz, viajan solo a través del espacio, los objetos “en reposo” viajan solo a través del tiempo y algunas objeciones usan parte de su velocidad de viaje de la luz a través del espacio y otras a través del tiempo. El concepto de espacio-tiempo también es una parte importante de la relatividad general.

Un aspecto importante de la relatividad general fue el principio de equivalencia. Einstein postuló que desde el interior de un elevador (o cualquier habitación cerrada sin ventanas), uno no podría distinguir la aceleración hacia arriba de 1 g en el espacio exterior (sin campo gravitacional) y el mismo elevador en reposo en el campo gravitacional de la Tierra (en el superficie). Este avance permitió a Einstein proponer una teoría única que se aplica tanto a la gravedad como a la aceleración, esa teoría es GR.

La gravedad se explica con GR dice que la proximidad de masa / energía “causa” una dilatación del tiempo y una contracción del espacio, o una curvatura del espacio-tiempo. Esta curvatura del espacio-tiempo se experimenta como la gravedad. Los objetos en el espacio-tiempo curvo siguen el camino geodésico que luego parece que una fuerza está actuando sobre el objeto, la fuerza de la gravedad.

Una explicación simple a una teoría compleja como la Relatividad General es bastante difícil, ya que implica la comprensión de muchos conceptos y principios básicos anteriores a la formalización de GR por parte de Einstein.

Sin embargo, la primera vez que lo encontré (después del debido proceso de introducción a los fundamentos como SR, las leyes de gravedad y movimiento de Newton, etc.), pude entenderlo intuitivamente de la siguiente manera. Espero que esto te ayude de la misma manera:

El espacio-tiempo es una cuadrícula (4d, pero puede eliminar fácilmente dos dimensiones espaciales girando sus coordenadas cartesianas para que coincidan con su eje x con la única dimensión a lo largo de la cual ocurren movimientos interesantes). Así que ahora tienes dos dimensiones, un “plano”.

En la experiencia normal, en un plano plano, sabemos que cada vez que nos desviamos de un camino en línea recta, sentimos una fuerza que actúa alejándose del centro de curvatura de ese camino.

En pocas palabras, una línea recta se puede aproximar al pensar que tiene un centro de curvatura en el infinito, y en ambos lados del camino, que se equilibra.

Para un camino curvo, un lado es fuerza positiva y el lado opuesto es una fuerza negativa, que se suma para parecerse a la sensación de fuerza “centrífuga” cuando se mueve a lo largo de caminos curvos.

Con esta premisa, volvamos al espacio-tiempo 2D simplificado con una dimensión espacial y una vez:

GR establece que una masa (estrictamente energía, que tiene un equivalente de masa) imparte una curva a este espacio-tiempo de tal manera que parece recta en dimensiones espaciales, pero realmente está curvada en el espacio-tiempo. La trayectoria curva implica fuerza centrípeta y una reacción consecuente que percibimos como fuerza centrífuga. En GR, esta fuerza centrífuga imaginaria se manifiesta como una atracción gravitacional hacia la masa (o energía / c ^ 2 como desee).

Esa es mi excusa para creer en GR. Puede sumergirse más profundamente e ingresar al espacio-tiempo de Minkowski, no euclidiano, etc., todo lo cual solo sirve para explicar cuantitativamente GR. Aún más profundo con los tensores y las ecuaciones de campo de GR, y las soluciones para varias combinaciones de masa y energía … pero al final, es la misma sensación que hace que un niño grite en un carrusel que está en el corazón de GR. Eso solo hace que sea una teoría hermosa para mí.

La versión nano:

El espacio le dice a la materia cómo moverse, la materia le dice al espacio cómo curvarse.

Es decir, la curvatura del espacio es la gravitación y los cuerpos gravitacionales curvan el espacio, así como siguen la geodésica (líneas “rectas” en el espacio-tiempo curvo).

Ahora espolvorea con álgebra tensorial y hornea por 2 años.

La teoría de la relatividad general es una teoría que explica la forma en que la gravitación funciona de manera geométrica, que el espacio y el tiempo están conectados de una manera que proporciona gravedad. Esa conexión se llama espacio-tiempo.

¿Qué es exactamente la teoría de la relatividad general?

Es simplemente una teoría de la gravitación.

¿Se puede explicar en una forma ligeramente simplificada?

No, me temo que no puede.

No por mí.