Me gusta la respuesta dada por Frank; sin embargo, también quiero tratar de señalar los desarrollos históricos más fuertes desde la perspectiva de Einstein.
Primero, la relatividad especial tiene algunos postulados (Postulados de la relatividad especial):
- Primer postulado (principio de relatividad)
Las leyes por las cuales los estados de los sistemas físicos experimentan cambios no se ven afectadas, ya sea que estos cambios de estado se refieran a uno u otro de dos sistemas de coordenadas en movimiento traductor uniforme. O: Las leyes de la física son las mismas en todos los marcos de referencia inerciales.
- Segundo postulado (invariancia de c )
Como se mide en cualquier marco de referencia inercial, la luz siempre se propaga en el espacio vacío con una velocidad definida c que es independiente del estado de movimiento del cuerpo emisor. O: La velocidad de la luz en el espacio libre tiene el mismo valor c en todos los marcos de referencia inerciales.
Einstein construyó su teoría sobre los hombros de estas dos ideas muy fuertes. Como Frank mencionó, la Relatividad General fue el intento de Einstein de incorporar la gravedad, o “fuentes de gravitación” y conciliar la relatividad especial con ella.
La relatividad especial se construyó sobre la idea de una métrica de espacio-tiempo “plana”. Este es un artefacto de la física de la pre-relatividad, pero se extendió con la idea de una geometría lorentziana (hiperbólica) y conos de luz (en lugar de “planos de igual tiempo”). El problema era que todavía teníamos muchas fugas métricas euclidianas en la teoría. La relatividad especial funciona, pero no nos da la imagen física que Einstein quería.
Imagina que tomas dos bolas y las dejas caer. ¿Las bolas caen “rectas” hacia abajo? ¿Se mueven lentamente el uno hacia el otro? ¿Qué significa que algo esté en un marco inercial? Einstein tuvo dificultades con la relatividad especial que se reconcilia aquí, ya que todo sufre algún tirón gravitacional. Las bolas se movieron lentamente una hacia la otra mientras caían hacia el piso, ya que cayeron radialmente hacia adentro.
Así que la comprensión de Einstein fue … “Ajá: las teorías de la física deben ser compatibles con la estructura subyacente del espacio-tiempo ” . ¿preocuparse? ¿Qué es [matemáticas] r [/ matemáticas]? Ya sabemos que hay una contracción de longitud. Sabemos que hay una dilatación del tiempo. Es muy confuso La relatividad especial simplemente no incorpora la gravedad.
Entonces Einstein tenía dos opciones. La gravedad newtoniana ciertamente debe modificarse para que tenga sentido en la estructura espacio-temporal de la relatividad especial. Y, de hecho, la teoría de Maxwell es compatible con la relatividad especial. Dado que la teoría de Maxwell encaja totalmente en la Relatividad Especial y predijo correctamente la velocidad de la luz, Einstein podría reelaborar la gravedad newtoniana. Si seguía la teoría de Maxwell e incorporaba la gravedad, habría un molesto signo negativo que haría que las ondas y la energía no fueran físicas, por lo que eso no funcionaría. Sin embargo, tenga en cuenta que modificando la gravedad newtoniana, utilizando el potencial [matemático] \ phi [/ matemático], y cambiando la ecuación de Poisson a una ecuación de onda podría funcionar, Einstein decidió desarrollar una nueva teoría de la gravedad que era revolucionaria.
Así que Einstein buscó desarrollar una teoría de la gravedad completamente nueva, al menos tan revolucionaria como la relatividad especial. La razón principal para hacer esto es lo que se conoce como el principio de equivalencia. La afirmación aproximada es “Todos los cuerpos caen de la misma manera en un campo gravitacional”.
Si está interesado, lea los primeros (4 días) de notas aquí: Relatividad general de Wald.
