Relatividad general pdf
La teoría de la relatividad suele englobar dos teorías físicas interrelacionadas de Albert Einstein: la relatividad especial y la relatividad general, propuestas y publicadas en 1905 y 1915, respectivamente[1] La relatividad especial se aplica a todos los fenómenos físicos en ausencia de gravedad. La relatividad general explica la ley de la gravitación y su relación con las fuerzas de la naturaleza[2]. Se aplica al ámbito cosmológico y astrofísico, incluida la astronomía[3].
La teoría transformó la física teórica y la astronomía durante el siglo XX, sustituyendo a una teoría mecánica de 200 años de antigüedad creada principalmente por Isaac Newton[3][4][5]. Introdujo conceptos como el espaciotiempo cuatridimensional como entidad unificada de espacio y tiempo, la relatividad de la simultaneidad, la dilatación cinemática y gravitatoria del tiempo y la contracción de la longitud. En el campo de la física, la relatividad mejoró la ciencia de las partículas elementales y sus interacciones fundamentales, además de marcar el comienzo de la era nuclear. Con la relatividad, la cosmología y la astrofísica predijeron fenómenos astronómicos extraordinarios como las estrellas de neutrones, los agujeros negros y las ondas gravitacionales[3][4][5].
Teoría de la relatividad
Existen varias diferencias fundamentales entre la teoría de la gravedad de Einstein (relatividad general) y la descripción newtoniana clásica. Podría decirse que la mayor diferencia es el papel de la geometría: En la teoría de Einstein, la gravedad no es una fuerza, sino que está inextricablemente ligada a las distorsiones de la geometría del espacio y el tiempo. Pero hay al menos una diferencia más, relacionada con las fuentes de los efectos gravitatorios.
En la gravedad newtoniana, una sola propiedad rige las acciones gravitatorias de un objeto: la masa del objeto. La intensidad de la fuerza gravitatoria con la que un cuerpo actúa sobre otros cuerpos, y esos cuerpos sobre él, es directamente proporcional a la masa del cuerpo. La masa desempeña para la gravedad el mismo papel que la carga eléctrica de un objeto para la fuerza electrostática; en pocas palabras, la masa es “carga gravitatoria”.
En la teoría de Einstein, existe una mayor variedad de fuentes gravitatorias. La primera generalización se deriva directamente de la famosa fórmula de Einstein que describe la equivalencia entre masa y energía, E = mc2. Esta fórmula se derivó originalmente en el contexto de la relatividad especial y se refiere a la masa como una medida de la inercia de un cuerpo – la resistencia del cuerpo a cualquier intento de cambiar su velocidad. Sin embargo, también es válida en relatividad general: todos los tipos de energía contribuyen por igual a la gravedad de un objeto, no sólo la masa de las partículas elementales que lo constituyen, sino también, por poner algunos ejemplos, su energía térmica y la energía de cualquier radiación electromagnética atrapada en el interior de ese cuerpo.
Ecuación de la relatividad general
Nuestra comprensión moderna de la gravedad procede de la teoría de la relatividad general de Albert Einstein, que es una de las teorías mejor probadas de la ciencia. La relatividad general predijo muchos fenómenos años antes de que se observaran, como los agujeros negros, las ondas gravitacionales, las lentes gravitacionales, la expansión del universo y las diferentes velocidades de los relojes en un campo gravitatorio. Hoy en día, los investigadores siguen poniendo a prueba las predicciones de la teoría para comprender mejor el funcionamiento de la gravedad.
Albert Einstein publicó su teoría completa de la relatividad general en 1915, a lo que siguió una avalancha de trabajos de investigación de Einstein y otros autores que exploraban las predicciones de la teoría. En la relatividad general (RG), las concentraciones de masa y energía curvan la estructura del espaciotiempo, afectando al movimiento de todo lo que pasa cerca, incluida la luz. La teoría explicaba la órbita anómala de Mercurio, pero el primer gran triunfo llegó en 1919, cuando Arthur Eddington y sus colegas midieron la influencia de la gravedad del Sol sobre la luz de las estrellas durante un eclipse solar total.
Relatividad especial
El equipo responsable de la investigación quería poner a prueba un componente de la teoría de la relatividad general de Einstein denominado principio de equivalencia débil, que establece que todos los objetos, independientemente de su masa o composición, deberían caer en caída libre de la misma manera en un campo gravitatorio concreto cuando se eliminan las interferencias de factores como la presión atmosférica. Para ello, los científicos midieron la aceleración de objetos en caída libre en un satélite francés llamado MICROSCOPE, lanzado en 2016.
Una de las pruebas más famosas del principio de equivalencia débil se produjo durante un paseo lunar del Apolo 15, cuando el astronauta David Scott dejó caer una pluma y un martillo geológico al mismo tiempo; sin resistencia del aire, ambos objetos aceleraron hacia la superficie lunar a la misma velocidad. De forma similar, MICROSCOPE transporta masas de prueba en caída libre fabricadas con aleaciones de platino y titanio. Las fuerzas electrostáticas mantienen las masas de prueba en las mismas posiciones relativas entre sí, por lo que cualquier diferencia generada en esta fuerza electrostática aplicada tendría que ser el resultado de desviaciones en las aceleraciones de los objetos.