¿Es la curvatura del espacio-tiempo invariante? ¿Podría caracterizarse como el éter?

Estoy escribiendo un artículo para un curso de Filosofía de la ciencia sobre GR/SR y me pregunto si puedo (1) caracterizar la curvatura del espacio-tiempo como invariable y (2) argumentar que esto es a lo que se refirió Einstein en 1920 cuando dijo que "el espacio sin éter es impensable".

Tomo (1) de la prueba de Gauss de que la curvatura de 2 superficies tiene un invariante que parece ser una cualidad intrínseca del espacio (es decir, no depende del marco de referencia). Mostrado por:

k = ( 2 1 1 2 ) mi 1 , mi 2 d mi t ( gramo ) dónde i = mi es la derivada covariante y gramo es el tensor métrico.

Y (2) de un documento bastante conciso (que no entiendo completamente) que se encuentra aquí .

Solo me gustaría saber si estoy completamente fuera de lugar, ya que aunque tengo experiencia en matemáticas, mi conocimiento de física es irregular en el mejor de los casos.

Si tienes una estrella en alguna región, cerca de esa estrella tienes algo de curvatura, pero lejos tienes curvatura cero. También desde el punto de vista matemático, cuando dice invariante, debe especificar bajo qué transformación
Esa curvatura gaussiana solo se aplica a 2 superficies, por lo que no parece adecuado para un artículo sobre GR. Los invariantes de curvatura en GR se construyen a partir del tensor de Riemann. Dependiendo de sus antecedentes, tal vez pueda trabajar con esto .
He leído algunas secciones de ese documento, pero realmente no entendí mucho. En el mejor de los casos, parece que aquí estamos hablando de alguna nomenclatura: incluso sin partículas de materia, Einstein parece argumentar que el espacio-tiempo todavía tiene propiedades (geométricas). Los invariantes de curvatura miden esto (puede tener un agujero negro en el origen y medir un escalar de Ricci distinto de cero lejos), pero es un poco vago para mí.
¿Invariante bajo qué?
Cualquier cantidad escalar es invariante ("escalar" = contracción de tensores, no componentes de tensores) con respecto a los cambios de coordenadas. Pero, ¿por qué buscas un escalar? La métrica como un todo es invariable (algunas personas usan la frase "se transforma como un tensor") y se encuentra en todas partes del espacio. Es decir, Einstein muy bien podría estar diciendo que existe un campo tensorial de rango 2 en todas partes del espacio, incluso en el vacío entre las estrellas.
Respondí a una pregunta similar ayer aquí physics.stackexchange.com/questions/55394/… , donde aclaro cuál es el éter que es refutado por la relatividad especial y también por la coherencia con las transformaciones de Lorenz en la relatividad general.

Respuestas (2)

Me pregunto si puedo (1) caracterizar la curvatura del espacio-tiempo como invariante

Al espacio-tiempo se le atribuye un campo de tensor de curvatura. Introduce un punto en el campo, digamos (t,x,y,z), y devuelve el valor del tensor de curvatura de Riemann en ese punto. A partir del tensor de Riemann, puede construir una serie de invariantes escalares: el escalar de Ricci R = gramo m v R   m σ v σ (este es el invariante de curvatura más utilizado en GR), el escalar de Kretschmann k = R σ m λ v R σ m λ v , y algunos otros como gramo λ m gramo γ v R   m σ v σ R   λ σ γ σ . Cada uno de estos es invariable en el sentido de que no dependen de su elección de coordenadas. Eso no significa que tengan el mismo valor en todos los puntos.

y (2) argumentar que esto es a lo que se refirió Einstein en 1920 cuando dijo que "el espacio sin éter es impensable".

Eso me parece una tontería inverificable. Parece como si no le gustara el hecho de que el espacio-tiempo sin materia no tuviera mucho sentido en el contexto de GR, por lo que quería inventar algunas "cosas" imaginarias que le dieran significado al espacio-tiempo incluso en ausencia de campos de materia. No creo que haya ninguna teoría moderna sobre el "éter" que la comunidad física tome en serio.

Ni Einstein (estoy seguro) ni el autor (creo) de ese artículo tenían en mente ninguna sustancia física fluida o medio de propagación de la luz cuando usaron la palabra "éter". La palabra tiene muchos significados, y aquí podría considerarse muy similar a lo que hoy se conoce como "campo" en física: una cantidad o conjunto de cantidades para cada punto en el espacio.
Eso tiene más sentido. Tiendo a rehuir cualquier cosa que mencione "éter" porque 9/10 veces termina siendo una tontería chiflada.
el autor nos ha dejado, pero creo que la respuesta más simple es que se suponía que el éter era un marco de referencia inercial universal contra el cual todo se mueve, y ese es el éter refutado experimentalmente. Cualquier medio que respete las transformaciones de Lorenz puede considerarse como "éter" de una manera "metafísica", un medio/marco contra el cual se puede medir el movimiento. el vacío QFT por ejemplo, poblado por pares virtuales y respetando la invariancia de Lorenz. No es un marco inercial universal.

No tengo idea de cuál es la especificación para su tarea, pero si quiere hablar sobre física, debería pensar en hacer referencia a los artículos escritos por los físicos para respaldar sus argumentos principales si quiere que tenga más peso en mi opinión. Ese documento que vinculaste parecía un poco insípido a primera vista (aunque debo admitir que solo lo hojeé) Tampoco sé sobre la cita o la ecuación de Gauss que tienes. Admitiré abiertamente que este tema no es algo sobre lo que sepa mucho (todavía) antes de continuar, pero espero poder ayudar.

Creo que Einstein realmente había relacionado la distribución de la masa con la curvatura del espacio-tiempo en sus ecuaciones de campo, como se muestra en esta ecuación:

R m υ 1 2 gramo m υ R = 8 π GRAMO C 2 T m υ

R m υ como el tensor de curvatura de Ricci. R como la curvatura local. T m υ como el tensor de materia que especifica la distribución de 4-momentum

Schwarzschild encontró las siguientes soluciones a esta ecuación para fuera de una masa esférica en 1916:

mi ( r ) = 1 + 2 Φ C 2
F ( r ) = ( 1 + 2 Φ C 2 ) 1

Con Φ ( r ) = GRAMO metro r

Estas soluciones no tienen dependencia del tiempo.

Si he entendido las cosas correctamente aquí, entonces esto debería ayudar a respaldar el argumento que está tratando de hacer.