La energía no es una “invariante relativista”. Es decir, diferentes observadores no estarán de acuerdo con la energía que ven.
Por ejemplo, digamos, un tren rápido pasa por mi ubicación. Pesa cien toneladas y se mueve a, digamos, 30 m / s. Su energía cinética, entonces, calculada de la manera habitual, es de 45 megajulios. Pero espera … estás sentado en el tren. En relación con usted, su energía cinética es cero. Y luego hay un astronauta flotando en el espacio interplanetario, observando el tren, junto con toda la Tierra, volar a 30 km / s en un viaje alrededor del Sol. Entonces, para ese observador, ¡la energía cinética del tren propiamente dicho es de 45 terajulios!
Entonces, ¿cuál es el valor correcto? ¿Cuál se utilizará cuando calculemos las ecuaciones de gravedad?
- ¿Las ondas gravitacionales experimentan desplazamiento al rojo / desplazamiento al azul?
- ¿Puede la gravedad atraer electricidad?
- ¿Cuánto tiempo tarda la gravedad en dar forma a los planetas en esferas?
- ¿Qué pasaría si todo el mundo experimentara la gravedad 10,000 veces más de lo que es ahora por 1 nanosegundo?
- Si la Tierra dejara de girar y girar repentinamente, ¿volaríamos debido al momento de inercia almacenado en nosotros, o la fuerza gravitacional de la Tierra nos detendría?
Eso sí, es posible usar no la energía sino la masa en reposo en una teoría gravitacional. Esto daría lugar a la llamada teoría escalar de la gravedad. La versión no relativista es, por supuesto, solo la de Newton. Pero hay un problema con una teoría tan escalar cuando intentas hacerlo correctamente. Las contribuciones de la energía potencial entran en las ecuaciones con el signo incorrecto, contradiciendo las observaciones existentes, por ejemplo, sobre la masa inercial y gravitacional de algo así como un átomo de helio frente a dos átomos de deuterio (mismo contenido de partículas, pero energía de unión negativa que mantiene unido el átomo de helio, reduciendo su masa inercial / gravitacional.)
Una teoría vectorial es aún peor: en una teoría vectorial, como las cargas rechazarían.
Por lo tanto, nos vemos obligados a pasar a una teoría tensora de la gravitación, donde tanto el campo gravitacional como su fuente son cantidades tensoras.
Esta es una visión moderna, eso sí. El camino de Einstein fue algo diferente. Es bueno tener en cuenta que en 1909 más o menos, existía la teoría de la relatividad. Todavía no se llamaba la teoría “especial”. Pero Einstein buscó una generalización de la teoría, que se suponía que debía tratar los marcos de referencia acelerados en la misma base que los marcos inerciales. Se dio cuenta de que tal teoría necesariamente incluye la gravedad, porque la caída libre (que en realidad es solo una transformación geométrica a un sistema de coordenadas acelerado) elimina los efectos de la gravedad. Entonces él ya sabía que el campo gravitacional estaría representado por el tensor métrico (es decir, que es una teoría tensorial), la única pregunta era cómo se puede relacionar con la materia, específicamente una cantidad tensorial que caracteriza la materia. Cuando finalmente se encontró la teoría, se la llamó teoría general (de la relatividad) y, en adelante, la teoría de la “vieja” relatividad se conoció como un caso especial, es decir, la teoría especial (de la relatividad).
