¿Por qué la gravedad se trata de manera idéntica a la aceleración en la teoría de la relatividad, pero otras fuerzas (como el electromagnetismo) no lo son?

Debido a que la gravedad es la única fuerza relevante en la relatividad (a grandes escalas, los campos electromagnéticos se cancelan principalmente). Pero la gravedad solo puede ser una fuerza atractiva; no hay gravedad negativa (al menos en casi cualquier escenario que uno encuentre) como si hubiera fuerzas electromagnéticas negativas.

Einstein utilizó experimentos de pensamiento relativamente simples para deducir sus innovadoras teorías de la relatividad. La razón por la cual la gravedad se equipara con la aceleración es esta: imagina que estás dentro de un cohete, parado en el suelo. No se puede ver afuera, ya que no hay ventanas. Estás parado en el suelo y nada parece extraño. Hay dos posibles razones por las que estás parado en el piso como si estuvieras parado en la tierra durante toda tu vida.

1) El cohete está en reposo en el suelo de la tierra, y la gravedad te empuja hacia abajo.
2) El cohete está acelerando (sin cambios en la aceleración) en el espacio exterior. En este escenario, su inercia se opone a la aceleración, y todavía se siente como si estuviera en la tierra. Esta es la misma razón por la que se siente empujado hacia atrás en el asiento de un automóvil cuando acelera rápidamente, excepto en este caso, es su espalda y no sus pies los que sienten que la presión del asiento del automóvil lo empuja hacia adelante.

Ahora, para que la segunda situación se sienta exactamente como la Tierra, el cohete necesitaría estar acelerando a aproximadamente 9.81 metros / segundo ^ 2. Es por eso que decimos que la aceleración de la gravedad (en la tierra) es de aproximadamente 9.81 metros / segundo ^ 2.

La ley de equivalencia gravitacional en la relatividad general debe establecerse con mucha precisión para que tenga sentido. En relatividad, es importante separar al observador del cuerpo que se está observando.

Si no distingue entre el observador y lo observado, entonces nada en física tiene sentido. No es solo relatividad. La física y la electrodinámica newtonianas requieren una metrología muy rígida.

El observador se define por su marco, donde se adjuntan todos sus instrumentos de medición. Entonces, cuando describe formalmente cualquier ley de física, debe tener en cuenta los protocolos subyacentes que se utilizan para realizar una medición precisa.

Mi comprensión de la ley de equivalencia es la siguiente:

La aceleración adecuada de un observador tiene lo mismo en las mediciones físicas que una fuerza mecánica en el cuerpo que se observa.

La aceleración adecuada es la fuerza mecánica que actúa sobre un observador dividida por la masa del observador. Las fuerzas mecánicas INCLUYEN fuerzas electromagnéticas, fuerzas nucleares fuertes, fuerzas nucleares débiles, fuerzas de contacto, fuerzas de fricción y viscosas.

Entonces, la ley de equivalencia hace que el campo gravitacional en un cuerpo sea equivalente a las ‘otras fuerzas’ en el observador. La gravedad está trabajando en lo observado mientras las otras fuerzas actúan sobre el cuerpo.

El lenguaje de la física es denso pero preciso. Tienes que prestar mucha atención a las definiciones formales.

Esto se basó en una “observación” (en realidad, un experimento mental basado en muchas observaciones anteriores) de que la aceleración uniforme y la gravedad no son dos cosas diferentes en absoluto. Se dio cuenta (¡momento Eureka!) De que una persona en una caja sin ventanas no podría darse cuenta si estaba bajo la influencia del movimiento acelerado o la gravedad. No hay ninguna prueba que pueda idearse dentro de la caja que pueda distinguir entre los dos.

Einstein estaba satisfecho. Son dos nombres diferentes para la misma cosa.

La gravedad no se trata de manera idéntica con la aceleración en la relatividad. La relatividad general es una teoría de la gravitación, no de la aceleración. La relatividad especial es una teoría, al igual que las leyes newtonianas, que prefiere los marcos inerciales. Pero también, al igual que las leyes newtonianas, hay formas de manejar cuadros acelerados

Para más detalles, ver

Qué tiene de especial la relatividad especial de TR Livesey en publicaciones

Porque la gravedad se junta con el espacio-tiempo mismo, mientras que otras fuerzas no lo hacen. ¿Por qué exactamente eso es así? Nadie puede responder. Pero supongo que puedes argumentar que el principio de Einstein solo es válido para la gravedad, mientras que no para otras fuerzas …

Creo que Brian Bi lo clava, arriba. Solo iba a decir (sin buscar nada para refrescar mi memoria, pero simplemente “proceder sin miedo” como solía decir uno de mis profesores de matemáticas), creo que esta fue una de las “intuiciones” o “ideas cinéticas” de Einstein o como los haya llamado, en el sentido de que para cualquier observador, dentro de “su” marco de referencia inercial, el EFECTO de la “atracción” gravitacional y el EFECTO de la aceleración son indistinguibles. ¿Qué obliga entonces a la pregunta “Bueno, cuál es? ¿Es la gravedad una fuerza o una propiedad geométrica del espacio-tiempo?”. Y creo que la respuesta actual sería (todavía) “Bueno, probablemente no sea ninguno de los dos, aunque en algunas situaciones / contextos / experimentos es útil pensar en la gravedad COMO SI fuera una fuerza fundamental (como las otras 3, con onda / partícula) dualidad y todo), mientras que en otras situaciones / contextos / experimentos es útil pensar en la gravedad COMO SI fuera una propiedad geométrica de (la curvatura del) espacio-tiempo. Creo que hay un misterioso paralelo aquí con la pregunta similar de “Bueno, que es la luz ¿Partículas u ondas? “. La respuesta es:” Probablemente en realidad ninguno de los dos, pero en algunos contextos se puede obtener algo de “kilometraje” al considerar la luz COMO SI fuera una partícula, y en otros contextos, considerarla COMO SI fuera una onda . “El famoso” experimento de doble rendija “(qv) demuestra de manera bastante convincente (para mí de todos modos) que sea cual sea la luz REALMENTE, es probablemente algo que nosotros, simples humanos, no hemos podido envolver nuestras mentes todavía. Y lo mismo ocurre con la gravedad, En mi humilde opinión, pero por supuesto, me he equivocado antes … 🙂