Explicación de "si todos los sistemas acelerados son equivalentes, entonces la geometría euclidiana no se puede mantener en todos ellos"

Estoy haciendo un EPQ (mini trabajo de investigación universitario) sobre la gravedad, y encontré un sitio que explica las cosas en términos simples. Tengo problemas para entender cómo llegó Einstein a su revelación de que el espacio-tiempo era curvo.

Einstein también se dio cuenta de que las ecuaciones del campo gravitacional estaban destinadas a ser no lineales y que el principio de equivalencia parecía cumplirse solo localmente.

y Einstein dijo

Si todos los sistemas acelerados son equivalentes, entonces la geometría euclidiana no puede contenerlos a todos.

¿Alguien puede ayudar?

Respuestas (1)

Aquí hay una demostración simple:

Considere el espacio plano (es decir, Minkowski), visto en un marco giratorio (por ejemplo, en coordenadas cilíndricas, uno simplemente reemplaza ϕ por ϕ = ϕ + ω t ). Se puede calcular (sin demasiados problemas) que, en estas coordenadas, un elemento de línea espacial se puede expresar en términos de las coordenadas cilíndricas canónicas como

d 2 = d r 2 + d z 2 + r 2 d ϕ 2 1 ω 2 r 2 C 2
Ahora, observe que si consideramos un disco unitario en el z = constante avión, encontramos
d = 2 π 1 ω 2 C 2 > 2 π ω > 0

La sorprendente conclusión es que este observador medirá la circunferencia de un disco de radio r ser C > 2 π r para cualquier ω > 0 . Por lo tanto, la geometría euclidiana no se sostiene universalmente, ni siquiera en el espacio plano, si relajamos la suposición de que los 'marcos inerciales' son de algún modo privilegiados, es decir, si tomamos este cálculo en serio. Darse cuenta de que existe la necesidad de considerar (relativamente) marcos acelerados como equivalentes fue uno de los principales avances que se necesitaron para llegar a la teoría de la relatividad general.

Tenga en cuenta que este ejemplo del disco giratorio se planteó bastante rápido después del advenimiento de la relatividad especial, y que provocó un debate bastante animado , que influyó en el pensamiento de Einstein sobre la relatividad.

Pero, ¿no sería toda la métrica, incluida gramo t m ser todavía de espacio-tiempo plano, espacio-tiempo de Minkowski? ¿No se desvanecería el tensor de Reimann tal como lo hace para la métrica escrita en coordenadas aceleradas (movimiento hiperbólico) en un espacio-tiempo plano? Todo el espacio-tiempo seguiría siendo plano, minkowskiano, ¿verdad? ¿Simplemente cambiar las coordenadas no puede cambiar el espacio-tiempo minkowskiano plano a uno curvo?
¿Quiere decir que solo la subvariedad espacial será curva en lugar de ser plana, mientras que todo el espacio-tiempo sigue siendo plano?