Relatividad general

Relatividad general

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Algunas partes de este artículo pueden resultar complicadas, en ese caso se recomienda Introducción a la relatividad general

Representación artística de la explosión de la supernova SN 2006gy, situada a 238 millones de años luz. De ser válido el principio de acción a distancia, las perturbaciones de origen gravitatorio de este estallido nos afectarían inmediatamente, más tarde nos llegarían las de origen electromagnético, que se transmiten a la velocidad de la luz.

La teoría general de la relatividad o relatividad general es una teoría del campo gravitatorio y de los sistemas de referencia generales, publicada por Albert Einstein en 1915 y 1916.

El nombre de la teoría se debe a que generaliza la llamada teoría especial de la relatividad. Los principios fundamentales introducidos en esta generalización son el Principio de equivalencia, que describe la aceleración y la gravedad como aspectos distintos de la misma realidad, la noción de la curvatura del espacio-tiempo y el principio de covariancia generalizado.

La intuición básica de Einstein fue postular que en un punto concreto no se puede distinguir experimentalmente entre un cuerpo acelerado uniformemente y un campo gravitatorio uniforme. La teoría general de la relatividad permitió también reformular el campo de la cosmología.

Índice

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• 1 Historia

• 2 ¿Por qué es necesaria la teoría de relatividad general?

• 3 Principios generales

o 3.1 Principio de covariancia

o 3.2 El principio de equivalencia

o 3.3 La curvatura del espacio-tiempo

o 3.4 Formulación matemática y consideraciones generales

• 4 Los diferentes tensores y escalares de la relatividad general

o 4.1 La derivada covariante

o 4.2 Los principios de general covariancia y de acoplamiento mínimo

o 4.3 El tensor de Riemann y la curvatura de las líneas de universo

o 4.4 El significado físico del tensor de Ricci

o 4.5 Las ecuaciones de Universo de Einstein

 4.5.1 Aplicación a fluido perfecto

o 4.6 El tensor de Weyl

o 4.7 La constante cosmológica

o 4.8 Resumen

• 5 Soluciones de las ecuaciones de campo de Einstein

o 5.1 No linealidad

o 5.2 Soluciones para coordenadas esféricas: Campo exterior

o 5.3 Soluciones para coordenadas esféricas: Equilibrio estelar

o 5.4 Soluciones para coordenadas esféricas: Colapso gravitatorio

o 5.5 Aproximaciones en coordenadas armónicas

o 5.6 Soluciones relacionadas con los modelos de Universo

• 6 Predicciones de la relatividad general

o 6.1 Efectos gravitacionales

o 6.2 Efectos rotatorios

o 6.3 Otros efectos

o 6.4 Comprobaciones

• 7 Aplicaciones prácticas

• 8 Relación con otras teorías físicas

o 8.1 Inercia

o 8.2 Gravitación

o 8.3 Electromagnetismo

o 8.4 Conservación de energía-momentum

• 9 Transición de la relatividad especial a la relatividad general

• 10 Véase también

• 11 Referencias

o 11.1 Bibliografía

• 12 Enlaces externos

[editar] Historia

Poco después de la publicación de la teoría de la relatividad en 1905, Albert Einstein comenzó a pensar en cómo incorporar la gravedad en su nuevo marco relativista. En 1907, comenzando con un sencillo experimento mental basado en un observador en caída libre, se embarcó en lo que sería una búsqueda de ocho años de una teoría relativista de la gravedad. Después de numerosos desvíos y falsos comienzos, su trabajo culminó en noviembre de 1915 con la presentación a la Academia Prusiana de Ciencias de lo que hoy son conocidas como las ecuaciones de campo de Einstein. Estas ecuaciones especifican cómo la geometría del espacio y el tiempo está influenciado por la materia presente, y forman el núcleo de la teoría de la relatividad general de Einstein.

Las ecuaciones de campo de Einstein son no lineales y muy difíciles de resolver. Einstein utilizó los métodos de aproximación en la elaboración de las predicciones iniciales de la teoría. Pero ya en 1916, el astrofísico Karl Schwarzschild encontró la primera solución exacta no trivial de las ecuaciones de campo de Einstein, la llamada Métrica de Schwarzschild. Esta solución sentó las bases para la descripción de las etapas finales de un colapso gravitacional, y los objetos que hoy conocemos como agujeros negros. En el mismo año, los primeros pasos hacia la generalización de la solución de Schwarzschild a los objetos con carga eléctrica fueron tomadas, que finalmente resultaron en la solución de Reissner-Nordström, ahora asociada con la carga eléctrica de los agujeros negros. En 1917, Einstein aplicó su teoría al universo en su conjunto, iniciando el campo de la cosmología relativista. En línea con el pensamiento contemporáneo, asumió un universo estático, añadiendo un nuevo parámetro a su ámbito original ecuaciones -la constante cosmológica- para reproducir esa "observación". En 1929, sin embargo, el trabajo de Hubble y otros han demostrado que nuestro universo se está expandiendo. Esto es fácilmente descrito por las soluciones encontradas por Friedmann para la expansión cosmológica en 1922, que no requieren de una constante cosmológica. Lemaître utilizó estas soluciones para formular la primera versión de los modelos del Big Bang, en la que nuestro universo ha evolucionado desde un estado anterior extremadamente caliente y denso. Einstein declaró más tarde la constante cosmológica el mayor error de su vida.

Durante ese período, la relatividad general se mantuvo como una especie de curiosidad entre las teorías físicas. Fue claramente superior a la gravedad newtoniana, siendo consistente con la relatividad especial y contestaba varios efectos no explicados por la teoría newtoniana. El mismo Einstein había demostrado en 1915 cómo su teoría explica el avance del perihelio anómalo del planeta Mercurio sin ningún parámetro arbitrario. Del mismo modo, en una expedición de 1919 liderada por Eddington confirmaron la predicción de la relatividad general para la desviación de la luz estelar por el Sol durante el eclipse total de Sol del 29 de mayo de 1919, haciendo a Einstein instantáneamente famoso. Sin embargo, la teoría ha entrado en la corriente de la física teórica y la astrofísica sólo con el desarrollo de aproximadamente entre 1960 y 1975, ahora conocido como la edad de oro de la relatividad general. Los físicos empezaron a comprender el concepto de un agujero negro, e identificar la manifestación

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