No puedo ayudar con la historia, pero aquí hay un poco sobre el por qué.
Con la mayoría de las fuerzas, tienes la idea de que cuantas más fuerzas de fuerza tengas, más efecto tendrá. Por ejemplo, puede tener un imán débil o un imán fuerte. El imán fuerte volará hacia su refrigerador dos veces más rápido que el imán débil, porque hay más fuerza para jalarlo. Con la gravedad, es más o menos lo mismo, porque si tienes un objeto más denso, como una roca, también hay más fuerza de la gravedad.
Por ejemplo, si sueltas una piedra pesada y una pieza de madera liviana y te paras debajo de cada una de ellas, la roca te aplastará, pero la madera no lo hará.
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Sin embargo, el aspecto del movimiento es diferente. Un imán fuerte golpeará el refrigerador a una velocidad mayor que un imán débil. Por otro lado, tanto la roca como la pieza de madera irán a la misma velocidad cuando te golpeen. Aunque habría más fuerza sobre la roca, también tendría más inercia reduciéndola.
Pero, ¿por qué la propiedad que ralentiza una roca es exactamente suficiente para contrarrestar la propiedad que la hace más pesada? Einstein pensó que era una extraña coincidencia y lo extrapoló en una teoría completa llamada relatividad general.
El nombre de relatividad general solo tiene sentido si sabes cuál es la primera teoría de la relatividad de Einstein, “relatividad especial”. La relatividad especial dice que si estás en un tren que va a una velocidad constante, puedes vivir tu vida desayunando sin que todas estas fuerzas del movimiento del tren hagan que las tazas salgan volando de la mesa (siempre y cuando estés protegido de el viento, la vía del tren es suave y el tren va a velocidad constante). Eso es porque no es el hecho de que normalmente estás sentado en una casa estacionaria en la tierra lo que define una condición estacionaria y estable, es cualquier tipo de situación en la que el movimiento es constante. Entonces, sentarse en su casa es básicamente lo mismo que sentarse en un tren que va a una velocidad constante. Después de todo, sabemos que la tierra, en la que está sentada su casa, está volando por el espacio de todos modos.
Entonces, ¿cuál fue el cambio de paradigma causado por el descubrimiento de la relatividad especial? Era que no hay estados absolutamente estacionarios. Solo hay muchos estados diferentes que se mueven entre sí. No puede definir un objeto que tenga una velocidad de 0 millas por hora, absolutamente. Es solo 0 mph en relación con algún otro objeto.
Sin embargo, con una relatividad especial siempre hubo una especie de escapatoria: la aceleración. Si está en un tren que comienza a disminuir la velocidad rápidamente, todas las tazas comienzan a salir volando de las mesas. Un tipo parado al lado del tren puede decir, sí, sé que mi estado no es más estacionario que el tren, pero no hay tazas volando en mi mundo, por lo que algo relacionado con el movimiento está sucediendo en el tren. Es verdad. La aceleración no está incluida en todo este trato de relatividad, porque a veces estás acelerado y otras no. La aceleración no es relativa.
Ahora, la relatividad general. La relatividad general es una extensión de la relatividad especial que también hace relativa la aceleración. Pero solo aceleración debido a la gravedad. Y es por el efecto de inercia del primer párrafo. Por alguna razón, las cosas pesadas y livianas se mueven e incluso se aceleran exactamente igual bajo la fuerza de la gravedad.
Lo que esto significa es más interesante si lo llevas al espacio exterior. Digamos que en lugar de desayunar en un tren, estás desayunando en una gran caja en el espacio exterior, lejos de cualquier planeta. Todo no tiene peso porque no hay gravedad, pero tienes mucho cuidado de no tirar las cosas, así que tu plato permanece en la mesa, etc., y tendrás una buena comida. Ahora, digamos que su caja comienza a acercarse a la tierra. Digamos que se acerca lo suficiente como para comenzar a acelerar directamente hacia la tierra a velocidades cada vez más peligrosas.
¿Qué pasaría dentro de la caja? Nada. Sería como en el tren yendo a velocidad constante. Todavía estaría desayunando sin problemas, a pesar de que ahora está * acelerando *, sin mencionar que se mueve, a altas velocidades hacia la tierra. Entonces, el argumento de la inercia del primer párrafo lleva a este hecho extraño de que en una situación de gravedad pura como la caja en el espacio exterior, en realidad no se siente la aceleración debido a la gravedad.
Entonces, para revisar, después de una relatividad especial, en lugar de pensar en estar en un estado estacionario (0 millas por hora) como algo fundamental, comenzamos a pensar en estar en un estado de movimiento constante como algo fundamental, es decir, viajar en línea recta. línea a una velocidad constante. Así que ahora la gravedad ha aparecido y arruinado eso, porque resulta que puedes estar en un estado acelerado, incluso viajando a lo largo de una curva, por ejemplo, orbitando un planeta, y aún así desayunar, siempre que la fuerza que te acelere sea la gravedad. A Einstein no le gustó eso; quería hacer de alguna manera estos casos acelerados por la gravedad parte de la misma idea. Entonces él pensaba, ¿qué pasaría si orbitar la Tierra también viajara en línea recta a velocidad constante? ¿Qué pasa si acelerar hacia la Tierra (de alguna manera) también viaja en línea recta a una velocidad constante? Podemos hacer esto si tenemos espacio en sí mismo curva y cambio. La gravedad se representará redefiniendo todas las líneas rectas alrededor de un planeta para que sean donde vayan naturalmente todas las cajas flotantes, rocas y planetas. Curvas de gravedad del espacio.
Esto parece algo extraño y totalmente teórico, por lo que la mayoría de las personas pierden interés en este punto, o piensan que todo es solo una idea, como hice cuando tomé una clase al respecto. Pero lo que debe tener en cuenta es la pregunta fundamental que motiva todo: ¿por qué las rocas, ramas, cajas, humanos, etc., se aceleran exactamente de la misma manera bajo la gravedad? ¿Es más plausible inventar esta idea de inercia que ralentiza todo en una cantidad diferente, o es más plausible redefinir líneas rectas? En ambos casos, estás inventando una razón, pero al menos en el segundo caso no tienes que establecer la inercia exactamente igual a la gravedad: tienes un concepto que incorpora el hecho de que todo sigue el mismo camino, independientemente de masa
Aún así, en este punto, la relatividad general está al nivel de una filosofía, no realmente física, porque es como una forma alternativa de pensar sobre el mundo. En lugar de inercia, pensemos en el espacio curvo … genial …
La forma de superar esta etapa es usar su nueva teoría para predecir algún resultado nuevo, y ese resultado tiene que suceder realmente. Entonces, lo primero fue crear algunas matemáticas que pudieran hacer predicciones con la teoría. No es tan fácil como parece. Podrías decir que está bien, siempre que haya un planeta, dibujaremos círculos a su alrededor para mostrar la nueva definición de una línea recta que seguirán todos estos objetos. Eso es lo que Einstein se propuso hacer.
Pero, ¿qué pasa con un objeto como la caja que se mueve directamente hacia la tierra? ¿Cómo puedes tener una curva espacial o algo para hacer que una caja que se dirige hacia la Tierra acelere más y más hacia ella, simplemente redefiniendo el espacio? Todavía sigue en la misma línea, solo que cada vez más rápido. ¿Qué significa incluso el espacio curvo en esta situación?
La respuesta es que se te ocurren algunas matemáticas, y en última instancia, cualquier explicación de la Relatividad General no es tan satisfactoria a menos que realmente estudies y entiendas las matemáticas. Básicamente, debe redefinir qué tan “largos” son el espacio y el tiempo a lo largo del camino. Las matemáticas con GR son mucho más difíciles que la mayoría de las otras matemáticas de física de nivel de posgrado.
Pero incluso sin eso, sigue siendo una historia interesante. Resulta que cuando haces los cálculos, obtienes algunos efectos secundarios extraños, como el tiempo acelerando y desacelerando, por ejemplo, (lo que sea que eso signifique). Y luego, lo que haces es en realidad USAR estos efectos secundarios extraños para probar si La teoría es correcta. Las cosas principales no solo tienen que funcionar, sino que todos los efectos secundarios tienen que aparecer en la realidad.
Uno de los efectos secundarios del tiempo es que el tiempo en un avión más alto del suelo tiene que (en un campo gravitacional, como sobre la tierra) ir a una velocidad relativa diferente al tiempo para un avión más bajo del suelo. Lo han probado ahora, y en realidad es cierto. (Esto es diferente (pero similar a) a otra anécdota común de la relatividad especial sobre un astronauta que abandona la Tierra y regresa). En realidad, puede configurar un cronómetro en dos aviones diferentes y observar la diferencia. Si pudiera observar biológicamente cuánto ha envejecido la persona en el avión superior con respecto al inferior, vería la misma diferencia. ¡El tiempo en sí mismo es realmente diferente! Es muy difícil hacer que la gente crea esto, sin pensar que hay algún vacío o truco.
En la época de Einstein, no podían hacer el experimento del avión con la precisión suficiente, pero podían medir el tiempo orbital de los planetas y ver un efecto relacionado con eso: orbitar un poco más rápido o más lento exactamente la cantidad correcta. Eso está relacionado con la anécdota donde Einstein dijo que tenía palpitaciones del corazón cuando obtuvieron los resultados del experimento. Imagínese dando toda esta respuesta, desde cero, y luego descubriendo que tenía razón.
Resumen: la relatividad general predice resultados que son ligeramente diferentes de lo que habría predicho la versión de ‘inercia’ de la gravedad, por lo tanto, hay algo al respecto que es fundamentalmente cierto en un sentido absoluto. Otra prueba que agregó evidencia mostraba que la luz, que tiene masa cero, se dobla en gravedad. Según la vieja teoría, dado que la luz tiene una masa cero, no estaría sujeta a la gravedad O tendría ninguna inercia, por lo que lo que haría sería algo indefinido. Pero obviamente bajo la Relatividad General, seguiría el mismo camino que todo lo demás, lo cual hace.
