¿Qué es la teoría general de la relatividad de Einstein?

En pocas palabras, la teoría general de la relatividad fundada por Einstein hace más de cien años es una teoría de la gravedad que describe los efectos gravitacionales de los cuerpos celestes en el universo. Respecto a la teoría de la gravedad, lo primero con lo que entramos en contacto fue con la ley de gravitación universal propuesta por Newton en el siglo XVII. Entonces, ¿cuál es la diferencia entre la teoría de la gravedad de Einstein y la de Newton?

Según Newton, existirá una fuerza gravitacional entre todos los objetos con masa del universo. Desde grandes cuerpos celestes hasta pequeñas bacterias, los efectos gravitacionales siempre están presentes. No importa qué tan lejos esté la distancia, habrá gravedad, y este efecto es instantáneo y ocurre a distancia. Según la ley de la gravitación universal, la fuerza gravitacional entre objetos es proporcional al producto de las masas de los objetos e inversamente proporcional a la distancia entre los objetos. La ley de gravitación universal de Newton tuvo tanto éxito que explicó por qué las manzanas caían al suelo, por qué la Tierra giraba alrededor del Sol e incluso predijo la existencia del planeta Neptuno, nunca antes descubierto.

Pero en el siglo XIX, los astrónomos descubrieron fallas en la ley de la gravedad. A medida que el planeta se mueve alrededor del sol, su perihelio es diferente en cada círculo. Este fenómeno se llama precesión del perihelio. Cuanto más cerca está el planeta del sol, mayor es el valor de precesión del perihelio. Mercurio tiene el mayor valor de precesión del perihelio.

Los astrónomos han descubierto a través de observaciones que existen algunas diferencias entre los valores observados de la precesión del perihelio de Mercurio y los resultados calculados mediante la ley de la gravitación universal. La diferencia entre los valores observados y los valores teóricos. es 43 segundos por siglo, que es mucho mayor que el error de observación. Entonces debe haber algo mal en la teoría.

No fue hasta que Einstein propuso la teoría general de la relatividad a principios del siglo XX que el problema de la precesión del perihelio de Mercurio quedó perfectamente explicado. Según la teoría general de la relatividad, el espacio no es absolutamente plano como lo describe Newton, sino que se curva bajo la acción de la masa y la energía. En el espacio curvo, los cuerpos celestes y la luz se moverán a lo largo de líneas geodésicas, exhibiendo así efectos gravitacionales.

Según la teoría general de la relatividad, el sol curva el espacio circundante si la luz pasa por encima de la superficie del sol, su ángulo de desviación es de aproximadamente 1,75 segundos de arco, que es el doble del resultado calculado mediante la gravedad de Newton. teoría. Poco después, Eddington aprovechó el momento de un eclipse solar total para medir el ángulo de desviación de la luz de las estrellas de fondo cuando pasaba cerca del sol. Los resultados fueron consistentes con las predicciones de Einstein, lo que confirmó aún más la teoría general de la relatividad.

Desde entonces, se han confirmado una por una varias predicciones importantes de la relatividad general (corrimiento gravitacional hacia el rojo, efecto de dilatación del tiempo gravitacional y ondas gravitacionales), lo que estableció la importante posición de la relatividad general en la física moderna. Una aplicación práctica de la relatividad general es la calibración del reloj de los satélites de navegación. Debido a que los satélites de navegación están lejos de la Tierra y se ven menos afectados por la gravedad terrestre, el reloj del satélite funciona más rápido que el reloj terrestre. Además, también hay que tener en cuenta el efecto de lentitud del reloj provocado por la teoría de la relatividad especial. Aunque esta diferencia horaria es muy pequeña, se producirán grandes errores durante el proceso de posicionamiento del satélite de navegación. Por tanto, es necesario eliminar el efecto de dilatación del tiempo provocado por la teoría de la relatividad para que los satélites de navegación puedan lograr un posicionamiento preciso.

Hasta la fecha, la relatividad general es la teoría más exitosa a la hora de describir el fenómeno gravitacional en el universo. La ley de la gravitación universal es sólo una teoría aproximada de la relatividad general en un campo gravitacional débil, pero debido a que la teoría de la gravedad de Newton tiene una forma más simple, puede usarse convenientemente cuando los requisitos de precisión no son altos.