La gravedad de Newton vs la gravedad de Einstein

Hola, si tuviera que simplificar la diferencia entre la gravedad vista desde Newton y la gravedad vista desde Einstein, ¿podría decir que la gravedad de Einstein simplemente agrega el hecho de que la gravedad no excede la velocidad de la luz y no tiene un efecto instantáneo en masa. También que no toda la materia tiene atracción gravitacional con otra materia a cualquier distancia.

Lo siento si parezco estúpido, pero tengo 14 años y realmente estoy haciendo todo lo posible para descubrir la diferencia entre las dos teorías diferentes, ya que soy muy curioso y AMO la astrofísica.

No, así no es como funciona. Potenciales gravitatorios retardados, es decir, un campo gravitatorio escalar que se propaga a la velocidad de la luz hace predicciones incorrectas, incluso en el sistema solar, y no describiría objetos compactos como agujeros negros, ni podríamos hacer cosmología con él. . Consulte physics.stackexchange.com/q/73061 para obtener una respuesta más detallada.
La diferencia entre la gravedad de Einstein y la de Newton es simplemente que la formulación de la gravedad de Einstein mantiene invariables las leyes de la física. Eso es tan simple como parece, toda la premisa de la relatividad se basó en la noción de que todas las leyes de la física deben ser las mismas independientemente de los marcos de referencia. Newton, sin embargo, no tuvo en cuenta eso en absoluto, así que sí...
@Horus: la relatividad no mantiene invariantes las leyes de la física bajo aceleración y solo lo hace en primer orden para objetos en caída libre bajo la influencia de la gravedad. De todos modos, nada de esto sería suficiente para construir la relatividad general, que requiere además algunos supuestos no triviales (y no es único, incluso para esos supuestos). La mecánica newtoniana es una teoría totalmente "relativista", si lo desea, y ya utiliza el principio de equivalencia. Estas cosas eran conocidas incluso por Galileo y simplemente no son suficientes para ir de Newton a Einstein.
@CuriousOne Hola, en realidad no entendí nada de lo que dijiste, ¿es posible si pudieras simplificarlo un poco para un niño de catorce años?
Significa que potencial gravitatorio newtoniano + velocidad de la luz = falso en el sistema solar, falso en el universo local y falso en todo el universo observable. Sin embargo, la prueba técnica de estas cosas es un poco más difícil.
@Horus Creo que entendí la mayor parte de lo que dijiste. ¡Gracias por el esfuerzo de educarme!
@CuriousOne Soy consciente de ese hecho, pero OP aquí tiene 14 años y no tiene ni idea. Solo estoy tratando de destilarlo a una explicación lo suficientemente simple primero. También por invariante realmente quise decir covariante... Olvidé la palabra lo siento.
@CuriousOne oye, gracias, eso realmente ayudó. Muchas gracias.
@Horus: Sin embargo, no estás ayudando a un OP despistado de 14 años diciéndole falsedades. ¿Espera que el OP entienda el significado de "covariante"? Tendría que buscar los detalles... y tomé relatividad general dos veces... :-)
¡gracias a todos por el esfuerzo! Al menos ahora tengo una mejor comprensión gracias
@Raj Thapliyal: la Teoría Universal de la Gravitación de Newton es una aproximación a un caso especial de la Teoría General de la Relatividad de Einstein; si las cosas se mueven lentamente (velocidades planetarias, lentas en comparación con la luz) y no son demasiado pesadas (no hay objetos ultradensos), entonces las predicciones newtonianas y GR predicen resultados similares, pero Einstein tiene razón para la curvatura de la luz que pasa cerca del sol, y también obtiene la órbita de Mercurio correcta. La mecánica newtoniana todavía se usa para la mayoría de las cosas prácticas en este mundo porque es mucho, mucho más simple.
@CuriousOne No, no esperaba que entendiera el significado de 'covariante', aunque realmente no hay una palabra mejor (singular) para ello. Sí, es mi error por 'contarle falsedades' como bien lo expresaste, aunque es más una destilación que una falsedad (las opiniones pueden variar) y tal vez con más tiempo, podría haber llegado a una mejor explicación.
La gravedad newtoniana dice que una pelota acelera hacia la tierra a 9,8 m/s^2. Si has estudiado un poco de álgebra, sabrás que esto es una parábola. Esto sería exacto si la tierra fuera un plano, pero es esférica. Una bola que cae, si la tierra estuviera fuera del camino, no seguiría el camino de una parábola sino el de una elipse, porque en realidad es solo una órbita que golpea la tierra prematuramente. La gravedad de Einstein toma eso en consideración. Poco práctico a menos que esté calculando las órbitas de los satélites.
@Neil Las órbitas en la gravedad newtoniana también son elipses. La gravedad de Einstein simplemente agregó una precesión a sus órbitas.
Lejos de parecer estúpido, debe ser elogiado por hacer una pregunta tan astuta a la edad de 14 años. Aunque su intuición estaba fuera de lugar por la gravedad, la situación para la evolución de muchos avances en la ciencia fluye en una forma de pensar análoga. Un buen ejemplo es la progresión: Física Newtoniana -> Física Cuántica (Ecuación de Schrödinger) -> Física Cuántica Relativista (Ecuación de Dirac).

Respuestas (3)

Es tentador imaginar comenzar con la teoría de la gravedad de Newton e intentar extenderla para terminar con la relatividad general. El problema es que la gravedad newtoniana y GR se formulan de formas totalmente diferentes. La relatividad general es una teoría métrica con un punto de partida completamente diferente a la gravedad newtoniana. Si bien es bastante fácil demostrar que la gravedad newtoniana es el límite de baja velocidad y baja densidad de energía de GR, no existe una forma simple de hacer lo contrario.

¿Podría decir que la gravedad de Einstein simplemente agrega el hecho de que la gravedad no excede la velocidad de la luz y no tiene un efecto instantáneo sobre la masa?

No, no puedes. No estás solo en cometer este error. Laplace cometió el mismo error a fines del siglo XVIII y calculó que si la luz tiene una velocidad finita, debe ser al menos 7 millones de veces la velocidad de la luz. Poincaré cometió el mismo error aproximadamente un siglo después y calculó que la velocidad de la gravedad debe ser al menos 10 17 veces mayor que la velocidad de la luz. Incluso en 1998 1 , un científico profesional con un doctorado en astronomía cometió el mismo error.

Supongamos que está lloviendo directamente y corres en un intento de salir de la lluvia. En lugar de que solo se mojen la cabeza y los hombros, correr hace que te mojes (delante) de la cabeza a los pies. La lluvia vertical ya no es tan vertical desde tu perspectiva. Parece venir de delante de ti. Este mismo problema aparece cuando observamos el Sol; parece estar 20 segundos de arco por delante de donde está "realmente" gracias a la velocidad finita de la luz. Este mismo problema surgiría si uno simplemente agregara un retraso de tiempo a la gravedad newtoniana. El sistema solar volaría en pedazos en poco tiempo si eso fuera todo lo que hay en la relatividad general.

La relatividad general no comete este error. Hay mucho más en la relatividad general que una velocidad de transmisión finita. Pero para comprender los detalles, necesitará matemáticas mucho más avanzadas incluso que las de un niño muy inteligente de 14 años.

1 Nota para futuros editores: NO convierta el enlace citado en una referencia. El nombre de ese autor está prohibido en cualquier respuesta escrita por mí.

Creo que la forma más sencilla de pensar sobre la diferencia entre la teoría de la gravedad de Newton y la de Einstein es pensar en cómo piensan ellos sobre la gravedad misma.

Newton dice que hay una fuerza que todos los objetos masivos sienten y da una regla para saber cuál es esa fuerza. No hay explicación de cómo surge la fuerza: simplemente existe. No hay retraso en la fuerza: esto está bien en el mundo de Newton (que, pero no está bien en el de Einstein.

Einstein dice algo completamente diferente: no hay fuerza de gravedad . En cambio, los objetos masivos simplemente se mueven en línea recta. Pero además de hacer esto, los objetos masivos deforman el espacio-tiempo, lo que significa que las 'líneas rectas' son más complicadas de lo que serían en un espacio-tiempo no deformado.

La noción de gravedad de Einstein es mucho más convincente que la de Newton:

  • da una explicación de lo que es la gravedad , en términos de curvatura;
  • es compatible con la relatividad especial, ya que la deformación del espacio-tiempo por la masa se propaga a través del espacio-tiempo a una velocidad finita (que, por supuesto, es la velocidad de la luz);
  • pero, en límites adecuados, se reduce a la teoría de Newton y por tanto es compatible con ella, lo cual es bueno ya que la teoría de Newton funciona muy bien en muchos casos.

Desafortunadamente, debido a que la gravedad se trata como una modificación del escenario en el que suceden las cosas, tiende a ser bastante difícil trabajar con la teoría.

(Nota: esto no pretende ser una descripción completa de GR: ¡Estoy tratando de apuntar a alguien de 14 años!)

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