¿Cómo se dio cuenta Einstein de la relatividad general?

A principios del siglo XX, la mecánica newtoniana y la teoría del electromagnetismo de Maxwell habían demostrado modelos de naturaleza extremadamente exitosos en diferentes regímenes. Por un lado, la teoría de Newton describía la gravitación y la teoría de Maxwell describía el electromagnetismo.

Ahora, un enigma evidente es que ambas teorías parecían de alguna manera incompatibles. Este fue un rompecabezas que Einstein intentó resolver.

La teoría de Maxwell tiene una simetría que la teoría de Newton no tiene, es decir, es invariable bajo las transformaciones de Lorentz, que mezclan extrañamente el espacio y el tiempo, la energía y el impulso. Cómo tal teoría podría ser consistente con la de Newton fue esencialmente la gran pregunta para Einstein.

En un momento pensó en las ecuaciones de Maxwell y dedujo que, dado que no hay soluciones de las ecuaciones de Maxwell en las que el campo electromagnético no se mueve, siempre debe moverse a una velocidad constante de acuerdo con cualquier observador no acelerador. Esto implicaba un postulado fundamental de lo que se convertiría en su teoría especial de la relatividad, a saber , que la velocidad de la luz es constante en todos los marcos de referencia inerciales.

Nuestra imagen de la realidad de acuerdo con la relatividad especial demolió para siempre la noción de que el tiempo y el espacio como cosas absolutas tienen alguna realidad física, y más bien implica que ambos son relativos solo a un observador dado. Por ejemplo: si los relojes que usted y yo llevamos individualmente miden diferentes duraciones entre el mismo evento (¡una paloma volando entre dos ventanas, por ejemplo!) , Entonces, ¿cuál es el tiempo “más real”? Podríamos describir la evolución de cualquier sistema según el mío o el suyo, y de hecho describir la evolución de mi tiempo con respecto al suyo y viceversa; El punto es que no hay una definición preferida de tiempo.

Por supuesto, Einstein tuvo que demostrar que las predicciones de su teoría no solo implican algo descabellado, sino que también concuerda con la teoría de Netwon en un sentido limitante. Ese sentido limitante es el caso donde la velocidad relativa de los objetos es mucho menor que la velocidad de la luz. Este llamado límite “no relativista” concuerda precisamente con la teoría de Netwon, por lo que la teoría de Einstein realmente va más allá de Netwon. Las ramificaciones ontológicas relacionadas con nuestras ideas de simultaneidad y espacio y tiempo absolutos son, por supuesto, completamente ajenas a la perspectiva de Newton.

Hasta ahora, Einstein se había casado con éxito con las teorías de Netwon y Maxwell dentro de un nuevo y hermoso paradigma de relatividad. Lo que aún tenía que hacer era comprender cómo encajar la gravitación en esta imagen: hasta ahora, la relatividad especial no describía la gravitación.

En “… la realización más feliz de su vida”. Einstein concibió un experimento mental (¡era, como se puede imaginar, completamente brillante en inventar experimentos mentales!) En el que una persona en un ascensor sería enviada al espacio vacío flotando alrededor ingrávido. Supongamos entonces que la persona acelera de repente al piso del elevador y percibe su propio peso; esa persona no podía deducir (solo desde el interior del ascensor) si estaban o no en un campo gravitacional o si estaban acelerando uniformemente (bajo la influencia de un travieso cohete afuera, por ejemplo) . Esto lo llevó a la idea de que el movimiento acelerado es físicamente lo mismo que el movimiento uniforme en un campo gravitacional. Esto lo llevó a su principio de equivalencia, del cual finalmente pudo derivar su teoría de la relatividad general.

Para formalizar la Relatividad General, Einstein utilizó las formidables matemáticas de Riemann para describir cómo cambia la forma del espacio-tiempo en respuesta a la distribución local de masa y energía. Es precisamente de esta manera que la masa y la energía cambian la forma del espacio-tiempo de tal manera que los caminos seguidos por los objetos que caen libremente aceleran hacia cuerpos masivos / energéticos (notablemente, ¡la gravedad no solo es causada por la masa, sino también por la energía!).

SR estaba ganando reputación. Pero SR se limitó a explicar solo los cuadros inerciales y no tenía la capacidad de explicar la dinámica relativa de los cuadros de aceleración. Ahora la aceleración estaba asociada con la gravedad.

Einstein enmarcó un concepto defectuoso en el año 1907 al que llamó “el pensamiento más feliz de su vida”. Con este “pensamiento más feliz”, “demostró” (sin pruebas) que la caída libre bajo la gravedad es un marco inercial.

Ahora dos cosas difíciles se volvieron fáciles. Cuando dice que un cuadro de aceleración (caída libre) es en realidad un cuadro inercial, entonces básicamente no es necesario realizar modificaciones importantes en las matemáticas SR para aplicarlo a la situación de gravedad.

En segundo lugar, al llamar la caída libre bajo la gravedad como marco inercial, Einstein concluyó que no había aceleración en la gravedad y que no había “fuerza” en la gravedad.

Con estas concepciones defectuosas, la teoría se separó del mundo físico real y se declaró que la gravedad es solo una curvatura matemática en el espacio-tiempo matemático y que los objetos siempre se mueven en ‘geodésica’.

Ahora vea cuán convenientemente la gravedad se hizo compatible con SR .

Había matemáticos que intentaban entrenar ‘Ecuaciones de campo’. Algunos de ellos también ayudaron a Einstein y también recibió suficientes pistas. Luego, en el momento de la publicación de GR por parte de Einstein, al mismo tiempo también se publicaron al menos otras ‘Ecuaciones de campo’.

Con las técnicas matemáticas de los tensores, etc. Las ecuaciones de gravitación de Newtonien se modificaron y presentaron en una nueva forma. Todos los resultados del sistema solar fueron los mismos que los de la fórmula de Newton, excepto el comportamiento en órbita de Mercurio. El resultado de la ecuación de campo de Einstein ‘coincidió’ con la figura ‘correcta’.

Es una historia separada que la ‘figura correcta’ de la órbita del mercurio también era cuestionable.

Entonces la relatividad se completó. Capítulo cerrado … !!!

Por lo general, me gusta hablar de estas cosas, pero me tomaría mucho tiempo escribirlas y no tengo tanto tiempo en este momento. La versión corta es que él hizo experimentos experimentales. Luego hizo cálculos e hizo predicciones. Hay muchos documentales sobre Einstein y sus teorías. Uno de los que me gusta es este video: la gran idea de Einsteins de Nova

En esta película no solo hablan sobre la idea de einsteins sino que también hablan sobre otros descubrimientos importantes que eventualmente conducirían a la relatividad.

Supongamos que si el Sol usara toda su masa para convertirse en energía. Estalló, luego la Ley Universal de Gravitación de Newton establece que la Tierra en 0 segundos de diferencia con la explosión del Sol obtiene movimientos en Tangente.

Entonces, según la teoría especial de la relatividad, no hay nada que se mueva con más velocidad a la velocidad de la luz en el vacío.

Entonces, la luz tarda unos 8 min. Para viajar del Sol a la Tierra, entonces, ¿cómo la gravedad es rápida desde la luz?

Entonces Einstein publicó su Teoría general de la relatividad en 1915-1916. Según este universo está hecho por el espacio-tiempo o la tela del Cosmos. Si alguna masa está en el Universo, entonces la curva del tejido del Cosmos hace que se doble, provoca que la masa cercana se atraiga a esto.

Einstein afirma que si el Sol estalla, entonces su efecto se ve después de 8 min. También debido a las ondas gravitacionales que también viajan con la velocidad de la luz.

Gracias

Estaba tratando de llegar con una teoría que explicara pequeñas anomalías en las órbitas de Mercurio y otros planetas. Esas minutas desviaciones no podían explicarse por la teoría de Newton.