La Teoría General de la Relatividad de Einstein: La gravedad como aceleración

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Por Andrew Zimmerman Jones, Daniel Robbins

La relatividad general fue la teoría de la gravedad de Einstein, publicada en 1915, que amplió la relatividad restringida para tener en cuenta los marcos de referencia no inerciales, áreas que se están acelerando entre sí. La relatividad general toma la forma de ecuaciones de campo, describiendo la curvatura del espacio-tiempo y la distribución de la materia a través del espacio-tiempo. Los efectos de la materia y el espacio-tiempo sobre el otro son lo que percibimos como gravedad.

Einstein se dio cuenta inmediatamente de que su teoría de la relatividad restringida sólo funcionaba cuando un objeto se movía en línea recta a una velocidad constante. ¿Y cuando una de las naves espaciales aceleró o viajó en una curva?

Einstein llegó a comprender el principio de equivalencia, y establece que un sistema acelerado es completamente equivalente físicamente a un sistema dentro de un campo gravitacional.

Cuando Einstein relató el descubrimiento, estaba sentado en una silla pensando en el problema cuando se dio cuenta de que si alguien se caía del techo de una casa, no sentiría su propio peso. Esto le dio de repente una comprensión del principio de equivalencia.

Como con la mayoría de las ideas principales de Einstein, él introdujo la idea como un experimento de pensamiento. Si un grupo de científicos estuviera en una nave espacial en aceleración y realizara una serie de experimentos, obtendrían exactamente los mismos resultados que si estuvieran sentados en un planeta cuya gravedad proporcionara la misma aceleración, como se muestra en esta figura.

(Izquierda) Científicos realizando experimentos en una nave espacial en aceleración. (Derecha) Los científicos obtienen los mismos resultados después de aterrizar en un planeta.

La brillantez de Einstein fue que después de que se dio cuenta de una idea aplicada a la realidad, la aplicó uniformemente a cada situación física que se le ocurrió.

Por ejemplo, si un rayo de luz entra en una nave espacial acelerada, entonces el rayo parecería curvarse ligeramente, como en la imagen de la izquierda de la siguiente figura. La viga está tratando de ir recta, pero el barco está acelerando, así que el camino, visto dentro del barco, sería una curva.

Tanto la aceleración como la gravedad doblan un rayo de luz.

Por el principio de equivalencia, esto significaba que la gravedad también debería doblar la luz, como se muestra en la imagen de la derecha de la figura de arriba. Cuando Einstein se dio cuenta de esto por primera vez en 1907, no tenía otra manera de calcular el efecto, aparte de predecir que probablemente sería muy pequeño. En última instancia, sin embargo, este efecto exacto sería el que se utilizaría para dar a la relatividad general su mayor apoyo.

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