Relatividad general

En la relatividad general, los efectos de la gravitación se atribuyen a la curvatura del espacio-tiempo en lugar de una fuerza. El punto de partida de la relatividad general es el principio de equivalencia, lo que equivale caída libre con un movimiento de inercia, y describe los objetos en caída libre inercial de ser acelerado con respecto a los observadores no inerciales en el suelo. En la física newtoniana, sin embargo , sin aceleración por ejemplo puede ocurrir a menos que al menos uno de los objetos está siendo operado por una fuerza.

Einstein propuso que el espacio-tiempo se curva por la materia, y que los objetos en caída libre se mueven a lo largo de las rutas a nivel local recta en el espacio-tiempo curvo. Estas sendas son llamadas geodésicas. Al igual que la primera ley de Newton del movimiento, los estados de Einstein de la teoría de que si se aplica una fuerza sobre un objeto, sería apartarse de una geodésica. Por ejemplo, estamos geodésicas ya no sigue estando de pie debido a la resistencia mecánica de la Tierra ejerce una la fuerza hacia arriba de nosotros, y estamos no inercial en el suelo como resultado. Esto explica por qué en movimiento a lo largo de las geodésicas en el espacio-tiempo es considerado inercial.

Einstein descubrió las ecuaciones de campo de la relatividad general, que se refieren la presencia de la materia y la curvatura del espacio-tiempo y que lleva su nombre. Las ecuaciones de campo de Einstein son un conjunto de 10 ecuaciones simultáneas, diferenciales no lineales. Las soluciones de las ecuaciones de campo son las componentes del tensor métrico del espacio-tiempo. Un tensor métrico describe una geometría del espacio-tiempo. Los caminos geodésica de un espacio-tiempo se calcula a partir del tensor métrico.

Las soluciones notables de las ecuaciones de campo de Einstein son:

La solución de Schwarzschild, que describe el espacio-tiempo alrededor de una simetría esférica no giratorio objeto sin carga masiva. Para los objetos lo suficientemente compacta, esta solución genera un agujero negro con una singularidad central. Para distancias radiales del centro que son mucho mayor que el radio de Schwarzschild, las aceleraciones predicha por la solución de Schwarzschild son prácticamente idénticas a las predichas por la teoría de Newton de la gravedad.
La solución de Reissner-Nordström, en los que el objeto central tiene una carga eléctrica. Para los cargos con una longitud geometrizada que son menos que la longitud geometrizada de la masa del objeto, esta solución produce agujeros negro con dos horizontes de sucesos.
La solución de Kerr para la rotación de objetos masivos. Esta solución también produce los agujeros negro con horizontes de eventos múltiples.
La solución de Kerr-Newman de cargos, rotando objetos masivos. Esta solución también produce los agujeros negro con horizontes de eventos múltiples.
La solución cosmológico de Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker, que predice la expansión del universo.

Las pruebas de la relatividad general fueron las siguientes:

La predicción de que el tiempo corre más lento a potenciales menores ha sido confirmada por el experimento de Pound-Rebka, el experimento Hafele-Keating, y el GPS.
La predicción de la desviación de la luz se confirmó por primera vez por Arthur Stanley Eddington partir de sus observaciones durante el eclipse solar del 29 de mayo de 1919. Eddington medida desviaciones luz de la estrella doble de lo predicho por la teoría corpuscular de Newton, de acuerdo con las predicciones de la relatividad general. Sin embargo, su interpretación de los resultados se discute más adelante. Más recientes ensayos utilizando mediciones interferométricas de radio de los cuásares que pasa detrás del Sol tiene más precisa y consistente confirmó la desviación de la luz en la medida prevista por la relatividad general.

El tiempo de retardo de la luz que pasa cerca de un objeto masivo se identificó por primera vez por Irwin I. Shapiro en 1964 en las señales de la nave interplanetaria.

La radiación gravitacional se ha confirmado indirectamente a través de estudios de púlsares binarios.

Alexander Friedmann en 1922 encontró que las ecuaciones de Einstein tienen soluciones no estacionarias (incluso en la presencia de la constante cosmológica). En 1927 Georges Lemaître demostró que las soluciones estáticas de las ecuaciones de Einstein, que son posibles en la presencia de la constante cosmológica, son inestables, y por lo tanto el universo estático previsto por Einstein no podría existir. Más tarde, en 1931, el propio Einstein estuvo de acuerdo con los resultados de Friedmann y Lemaître. Así, la relatividad general predice que el Universo tenía que ser no-static-tuvo que ampliar o contrato. La expansión del universo descubierto por Edwin Hubble en 1929 confirmaron esta predicción.