Para responder en términos fiscos hay va:
La Teoría General de la Relatividad o Relatividad General es la teoría de la gravedad publicada por Albert Einstein en 1915 y 1916. El principio fundamental de esta teoría es el Principio de equivalencia fuerte, que, informalmente, afirma que lo más parecido a un sistema inercial que existe es un sistema en caída libre. Esto permite describir la aceleración y la sensación de gravedad como aspectos distintos de la misma realidad. Einstein postuló que no se puede distinguir experimentalmente entre un cuerpo acelerado uniformemente y un campo gravitatorio uniforme. La teoría general de la relatividad permitió fundar también el campo de la cosmología. En esta teoría, el espacio-tiempo es tratado como una banda Lorentziana de 4 dimensiones la cual se curva por la presencia de masa, energía, y momento lineal . La relación entre el momento y la curvatura del espacio-tiempo es gobernada por las ecuaciones del campo de Einstein. En la relatividad general, fenómenos que la mecánica clásica atribuye a la acción de la fuerza de gravedad, (tales como, una caída libre, la órbita de un planeta o la trayectoria de una nave espacial) son representados como movimientos inerciales en un espacio-tiempo curvado. El movimiento de objetos influidos por la geometría del espacio-tiempo (movimiento inercial) ocurre en el espacio-tiempo que los físicos denominan espacio de Minkowski
Se considera que la teoría de la relatividad general fue comprobada por primera vez en la observación de un eclipse total de Sol en 1919 realizada por Sir Arthur Eddington en la que se ponía de manifiesto que la luz proveniente de estrellas lejanas se curvaba al pasar cerca del campo gravitatorio solar alterando la posición aparente de las estrellas cercanas al disco del Sol. Desde entonces muchos otros experimentos y aplicaciones han demostrado las predicciones de la relatividad general. Entre algunas de las predicciones se encuentran:
Efectos gravitacionales
Efectos de aceleración
* Desviación gravitacional de luz hacia el rojo en presencia de campos con intensa gravedad: La frecuencia de la luz decrece al pasar por una región de elevada gravedad. Confirmado por el experimento de Pound-Rebka (1959).
* Dilatación gravitacional del tiempo: Los relojes situados en condiciones de gravedad elevada marcan el tiempo más lentamente que relojes situados en un entorno sin gravedad. Demostrado experimentalmente con relojes atómicos situados sobre la superficie terrestre y los relojes en órbita del Sistema de Posicionamiento Global (GPS por sus siglas en inglés).
* Efecto Shapiro (dilatación gravitacional de desfases temporales): Diferentes señales atravesando un campo gravitacional intenso necesitan mayor tiempo para atravesar dicho campo.
Efectos orbitales
* Decaimiento orbital debido a la emisión de radiación gravitacional. Observado en púlsares binarios.
* Precesión geodésica: Debido a la curvatura del espacio-tiempo, la orientación de un giroscopio en rotación cambiará con el tiempo. Esto está siendo puesto a prueba por el satélite Gravity Probe B
Efectos rotatorios
Esto implica el comportamiento del espacio-tiempo alrededor de un objeto masivo rotante.
* Fricción de marco. Un objeto en rotación va a arrastrar consigo al espacio-tiempo, causando que la orientación de un giroscopio cambie con el tiempo. Para una nave espacial en órbita polar, la dirección de este efecto es perpendicular a la precesión geodésica.
Efectos de curvatura de la luz
De acuerdo con la teoría de la relatividad general, la luz se curva al pasar cerca de objetos de elevada masa, originando una serie de fenómenos:
* La magnitud de este efecto es el doble de lo predicho por Newton. Confirmado por observaciones astronómicas durante un eclipse solar y de púlsares pasando detrás del sol.
* Fenómenos de lentes gravitacionales y de microlentes gravitacionales. Confirmada en una multitud de observaciones astrofísicas de campo profundo de galaxias lejanas.
* Anillos de Einstein: Un objeto directamente detrás de otro puede hacer que la luz del más distante parezca un anillo. Si el objeto está casi detrás, el resultado puede ser un arco. Fenómeno observado en galaxias
Efectos de ondas gravitacionales
* Existencia de ondas gravitacionales. Confirmada indirectamente por el decrecimiento del período de rotación en los sistemas binarios de púlsares.
[editar] Efectos cosmológicos
* Ley de Hubble. Predicha por las soluciones cosmológicas de las ecuaciones de campo de Einstein. Su existencia fue confirmada por Edwin Hubble en 1929.
o Corrimiento hacia el rojo: La luz de las galaxias distantes se correrá hacia el rojo debido a que van alejando del observador.
* Gran Explosión: La evolución del Universo de la singularidad.
o Radiación del fondo cósmico: Los remanentes de una bola de fuego primordial. Descubierto por Arno Penzias y Robert Woodrow Wilson en 1965.
* Energía oscura: Energía invisible esparcida por el universo. Observaciones recientes de supernovas indican que se está acelerando la expansión del Universo. Las ecuaciones de campo de Einstein pueden soportar este tipo de Universo sólo si el 70% del estrés creado por la energía se haya en forma de materia oscura.
[editar] Otras predicciones
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o El principio de equivalencia fuerte: Incluso objetos que gravitan en torno a ellos mismos van a responder a un campo gravitatorio externo en la misma manera que una partícula de prueba lo haría.
o Gravitones: De acuerdo con la mecánica cuántica, la radiación gravitacional debe ser compuesta por cuantos llamados gravitones. La relatividad general predice que estos serán partículas de espín-2. Todavía no han sido observados.
Relación con otras teorías físicas
En esta parte, la mecánica clásica y la relatividad especial están entrelazadas debido a que la relatividad general en muchos modos es intermediaria entre la relatividad general y la mecánica cuántica.
Sujeto al principio de acoplamiento mínimo, las ecuaciones físicas de la relatividad especial pueden ser convertidas a su equivalente de la relatividad general al reemplazar la métrica de Minkowski (ηab) con la relevante métrica del espacio-tiempo (gab) y reemplazando cualquier derivada normal con derivadas covariantes.
Inercia
Tanto en mecánica cuántica como en relatividad se asumía que el espacio, y más tarde el espacio-tiempo, eran planos. En el leguaje de cálculo tensorial, esto significaba que Rabcd = 0, donde Rabcd es el tensor de curvatura de Riemann. Adicionalmente, se asumía que el sistema de coordenadas era un sistema de coordenadas cartesianas. Estas restricciones le permitían al movimiento inercial ser descrito matemáticamente como:
\ddot{x}^a = 0, donde
* xa es un vector de posición,
* \dot{} = \partial / \partial\tau, y
* τ es tiempo propio.
Hay que notar que en la mecánica clásica, xa es tridimensional y τ ≡ t, donde t es una coordenada de tiempo.
En la relatividad general, si estas restricciones son usadas en la forma de espacio-tiempo y en el sistema de coordenadas, éstas se perderán. Ésta fue la principal razón por la cual se necesitó una definición diferente de movimiento inercial. En relatividad especial, el movimiento inercial ocurre en el espacio de Minkowski como parametrizada por el tiempo propio. Esto se generaliza a espacios curvos matemáticamente mediante la ecuación geodésica:
\ddot{x}^a + {\Gamma^a}_{bc} \, \dot{x}^b \,\dot{x}^c = 0, donde
* {\Gamma^a}_{bc} es un símbolo de Christoffel (de otro modo conocido como conexión de Levi-Civita).
Como x es un tensor de rango uno, estas ecuaciones son cuatro y cada una está describiendo la segunda derivada de una coordenada con respecto al tiempo propio. (En la métrica de Minkowski de la relatividad especial, los valores de conexión son todos ceros. Esto es lo que convierte a las ecuaciones geodésicas de la relatividad general en \ddot{x}^a = 0 para el espacio plano ,relatividad especial.)
Gravitación
En gravitación, la relación entre la teoría de la gravedad de Newton y la relatividad general son gobernadas por el principio de correspondencia: La relatividad general tiene que producir los mismos resultados, así como la gravedad lo hace en los casos donde la física newtoniana ha demostrado ser certera.
Alrededor de objetos simétricamente esféricos, la teoría de la gravedad predice que los otros objetos serán acelerados hacia el centro por la regla \mathbf{F} = M \mathbf{\hat{r}}/r^2 donde
* M es la masa del objeto atraído,
* r es la distancia al objeto atraído, y
* \mathbf{\hat{r}} es un vector de unidad identificando la dirección al objeto masivo.
En la aproximación de campo débil de la relatividad general tiene que existir una aceleración en coordenadas idénticas. En la solución de Schwarzschild, la misma aceleración de la fuerza de gravedad es obtenida cuando la constante de integración es puesta igual a 2m (donde m=MG/c^2)
Electromagnetismo
El electromagnetismo sonaba el tañido fúnebre para la mecánica clásica, debido a que las ecuaciones de Maxwell no son invariancia galileana. Esto creaba un dilema que fue resuelto por el advenimiento de la relatividad especial.
En forma de tensor, las ecuaciones de Maxwell son
\partial_a\,F^{\,ab} = (4\pi/c)\,J^{\,b}, y
\partial^{a}\,F^{\,bc} + \partial^{b} \, F^{\,ca} + \partial^{c} \, F^{\,ab} = 0, donde
* F ab es el tensor de campo electromagnético, y
* J a es un corriente-cuatro.
El efecto de un campo electromagnético en un objeto cargado de masa m es entonces
dP^a/d\tau = (q/m)\,P_b\,F^{\,ab}, donde
* P a es el cuadrimomento del objeto cargado.
En la relatividad general, las ecuaciones de Maxwell se convierten en
\nabla_a\,F^{\,ab} = (4\pi/c)\,J^{\,b} and
\nabla^a\,F^{\,bc} + \nabla^b \, F^{\,ca} + \nabla^c \, F^{\,ab} = 0.
La ecuación para el efecto del campo electromagnético sigue siendo la misma, aunque el cambio de métrica modificará sus resultados.
Conservación de energía-momentum
En la mécanica clásica, la conservación de la energía y el momentum son manejados separadamente.
En la relatividad especial, la energía y el momentum están unidos en el cuadrimomento y los tensores de energía. Para cualquier interacción física, energía-momentum es conservado de la manera en que:
\partial_b \, {T_a}^b = 0, donde
* \partial es una derivada parcial.
* {T_a}^b es el tensor de tensión-energía.
En la relatividad general, esta relación es modificada para justificar la curvatura, convirtiéndose en:
\nabla_b \, {T_a}^b = \partial_b \, {T_a}^b + {\Gamma^b}_{cb} \, {T_a}^c + {\Gamma^c}_{ab} \, {T_c}^b = 0, donde
* ∇ es la derivada covariante.
A diferencia de la mecánica clásica y la relatividad especial, en la relatividad general no es siempre posible definir claramente la energía total y el momentum. Esto a menudo causa confusión en espacio-tiempos dependientes del tiempo, los cuales no parecen conservar energía, aunque la ley local siempre se satisfaga. (Ver energía de Arnowitt, Deser y Misner)
Transición de la relatividad especial a la relatividad general
Artículo principal: Transición de la relatividad especial a la relatividad general
La estructura básica de la relatividad general, incluyendo a las ecuaciones geodésicas y las ecuaciones del campo de Einstein, puede ser obtenida desde la relatividad especial al examinar la dinámica y la cinemática de una partícula en una órbita circular alrededor de la Tierra.
2006-10-30 18:35:12
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answer #7
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answered by KILLMISTER 5
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