Christina Lee ha respondido muy bien a esta pregunta.
Según la Teoría especial de la relatividad de Einstein, no hay ningún experimento que pueda decirle a una persona en una cámara cerrada si está descansando o se mueve a lo largo de una línea recta con velocidad uniforme. Pero cualquier desviación del movimiento uniforme sería notable. Entonces Einstein hizo un experimento mental.
Se coloca en un cohete (cámara cerrada) y lo coloca lejos de cualquier masa gravitante. En tal ubicación, todos los artículos que no están asegurados a las paredes y él mismo flotarían libremente en una cámara. Ahora el cohete se acelera en cierta dirección al arrancar sus motores. Entonces, todos los elementos flotantes y Einstein ‘caerían’ hacia la pared adyacente a los motores (es lo mismo que la situación en la que una persona es empujada al asiento debido a la aceleración del automóvil). Si la aceleración del cohete es igual a la aceleración debida a la gravedad, todos los que están dentro del cohete creerían que el cohete está en la superficie de la tierra.
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Hagamos otro experimento en este sistema acelerado. Uno de los observadores en el cohete tiene dos esferas, una de hierro y otra de madera. Deja que los libere simultáneamente. Ambos golpearán el ‘piso’ (pared adyacente a los motores) al mismo tiempo. Esto es lo que sucede en cualquier planeta (descuidando cualquier resistencia debido a la atmósfera). Veamos la causa detrás de este resultado. Cuando un observador sostenía las esferas, estaban en un movimiento acelerado. Tan pronto como los soltó, adquirieron la velocidad del cohete en el instante del lanzamiento (lo que sea que esté en contacto con el cuerpo del cohete tendrá la velocidad del cohete mientras esté en contacto. Es obvio. Pero tan pronto cualquier cosa se desconecta del cuerpo del cohete, adquirirá la velocidad que el cohete tenía en el momento de la desconexión). Ahora estas esferas tienen la misma velocidad en la dirección hacia donde se dirigía el cohete. Pero están separados del cuerpo del cohete. Entonces no hay fuerza (debido a los motores) que actúan sobre ellos. Pero el cohete todavía está acelerando y su velocidad está aumentando. Por lo tanto, en pocos momentos, el ‘piso’ (pared adyacente a los motores) alcanzará esas esferas y las golpeará simultáneamente. Pero un observador que liberó esferas los verá ‘caer’ hacia el ‘piso’ y golpearlo simultáneamente. Entonces él confirmará que hay un campo gravitacional dentro del cohete aplicando la ley de caída libre de Galileo. Si no hubiera sabido que está en un cohete, se habría conformado con que el cohete todavía está en la tierra. Por lo tanto, las observaciones realizadas dentro de un marco de referencia acelerado o no inercial (nuestro cohete) son las mismas que las de la superficie de la tierra.
Entonces, el Principio de Equivalencia dice (en el caso de nuestro cohete acelerador) que el observador no tiene forma de distinguir si su cohete está en un campo gravitacional uniforme o en un marco de referencia acelerado. Einstein dijo que el Principio de Equivalencia es un principio general en física e incluso los fenómenos ópticos y electromagnéticos siguen este principio.
Hagamos otro experimento dentro de nuestro cohete acelerador.
Conecte una fuente de luz a la pared izquierda del cohete. Erigir una serie de placas fluorescentes entre la pared izquierda y la derecha como se muestra en la Figura 1. Ahora una fuente de luz envía un haz de luz hacia la pared derecha y queremos observar el camino de la luz usando estas placas fluorescentes a medida que el cohete se acelera.
Figura 1
[matemáticas] P_1, P_2, P_3 [/ matemáticas] representan placas fluorescentes. El rayo de luz golpeará [matemática] P_1 [/ matemática] en la ubicación [matemática] l1 [/ matemática] en algún momento [matemática] t1 [/ matemática] y producirá un punto fluorescente allí. En el momento [math] t2 [/ math], golpeará [math] P_2 [/ math] en la ubicación [math] l2 [/ math]. Finalmente en el momento [math] t3 [/ math], golpeará [math] P_3 [/ math] en su parte inferior. A medida que el cohete se acelera, la distancia vertical, [matemática] l3 \ thinspace- \ thinspace l2 [/ math], será mayor que [math] l2 \ thinspace – \ thinspace l1 [/ math]. Los intervalos de tiempo [matemática] t2-t1 [/ matemática] y [matemática] t3-t2 [/ matemática] son los mismos. El camino de la luz es curvo (parábola). Aquí, la lógica aplicada es la misma que en el experimento donde dos esferas “cayeron” hacia el “piso” y lo golpearon simultáneamente. Supongamos que nuestro observador no sabe que está en un cohete. Entonces él confirmará que está en la superficie de la tierra y el haz de luz se dobla en un campo gravitacional. Si tomamos el Principio de equivalencia como un principio general en física, la luz de las estrellas distantes también debería doblarse a medida que pasa por el sol. Einstein propuso esto en 1919 y Eddington lo confirmó al observar las posiciones de las estrellas en la vecindad del sol eclipsado. Entonces, la equivalencia del campo gravitacional y los sistemas acelerados se demostró correcta y la luz se dobla en un campo gravitacional.
Referencias
1. ‘Gravity’ de George Gamow.
2. El elevador, el cohete y la gravedad: el principio de equivalencia.
3. http: //hyperphysics.phy-astr.gsu…