¿Qué problemas existieron en la física de 1905 que llevaron a Einstein a buscar una alternativa a la gravedad de Newton?

El principal problema que causó que Einstein buscara una alternativa a la gravedad de Newton fue que podía ver que la gravedad de Newton era incompatible con su propia teoría de la relatividad, que había hecho un trabajo explosivo de unificar la mecánica clásica con el electromagnetismo.

Newton hizo la suposición (razonable por el tiempo) de que la gravedad actuó instantáneamente a lo largo de las distancias. La relatividad de Einstein prohibió tal acción instantánea a distancia, por lo que la ley de gravedad de Newton no podía funcionar y necesitaba una alternativa.

Entonces, una forma de verlo es que Maxwell rompió las suposiciones de Newton sobre la estructura del espacio-tiempo, Einstein lo arregló, pero al hacerlo rompió las leyes de gravedad de Newton, y luego tuvo que arreglar eso también.

También estaba el problema menor de la precesión de la órbita de Mercurio. La órbita de Mercurio es principalmente elíptica, pero no perfectamente. Es una combinación de elíptica y una rotación lenta del eje de la elipse, causada principalmente por las influencias gravitacionales de todos los demás planetas. Teniendo en cuenta todas las influencias planetarias conocidas, hubo una precesión no explicada de aproximadamente 40 segundos de arco por siglo (que es muy, muy, muy pequeño, en realidad). Se trató de explicar esto por un pequeño planeta desconocido Vulcano en órbita entre Mercurio y el Sol, pero ninguno de los intentos de encontrarlo donde se predijo que se encontraría nada.

Una de las pruebas de la teoría de la gravedad de Einstein fue si explicaría la precesión de Mercurio, y lo hizo.

El documento de 1905 sobre “relatividad” de Einstein, “Sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento”, fue su intento de conciliar el electromagnetismo de Maxwell y la mecánica de Newton.

Una consecuencia de esta reconciliación fue un cambio en nuestra comprensión del espacio y el tiempo, y la distinción entre ellos. (Si bien se reconoció de inmediato, se expresó mejor en la conferencia y manuscrito de 1909 de Minkowski, Raum und Zeit.) Dado que el espacio y el tiempo son la etapa en la que se desarrolla la física, tal cambio requirió la adaptación de otra física. Si bien no se sabía necesariamente cómo se desarrollarían algunos de estos cambios, para la mayoría de la física no había razón para creer que las adaptaciones necesarias no serían posibles.

La gravedad, sin embargo, fue una excepción. La razón de la excepción no tuvo nada que ver con la Ley de Newton y su “acción a distancia”: es fácil de manejar. El problema planteado por la gravedad era su universalidad: toda la materia (y, a través de la relatividad de 1905, la energía) se vio afectada por la gravedad de manera idéntica. Es sencillo (pero no en esta nota) mostrar que este comportamiento de la gravedad era inconsistente con la relatividad de 1905. Era necesaria una nueva teoría del espacio-tiempo más general para describir consistentemente la gravedad, la electrodinámica y la mecánica.

Einstein también fue motivado por otras consideraciones epistemológicas: vio su relatividad de 1905 como defectuosa por su dependencia de un conjunto de marcos de referencia privilegiados (lo que ahora llamamos marcos de referencia inerciales globales). Otros estaban menos preocupados con estas preguntas: una manifestación temprana, supongo, de la escuela de física de “cállate y calcula” 😉

En 1905 no investigó la gravedad. Descubrió / inventó la relatividad especial.

El problema: se midió la velocidad de la luz, pero ¿cómo puede viajar la luz? Dentro del “éter”, pero ¿por qué la velocidad de la luz es la misma con la rotación de la tierra y su perpendicular? (El éter debe ser “estático” en comparación con la tierra giratoria). Sin éter, ¿la velocidad es relativa a qué?

La relatividad general era una extensión de la relatividad especial. La relatividad especial prohíbe la información más rápido que la luz, por lo que la gravitación no debe ser instantánea (ondas gravitacionales). La precesión del perihelio de Mercurio también estaba dando problemas. No siguen la gravitación de Newton. ¿Cuáles fueron los procesos faltantes?