La historia generalmente se cuenta comenzando con el artículo de Einstein de 1915 Explicación del movimiento del perihelio de Mercurio a partir de la teoría de la relatividad general , o al menos sus borradores de 1913-14. Fue el primer triunfo de la relatividad general. Pero, ¿cómo se concentró Einstein en Mercurio en primer lugar?
Los primeros trabajos de Einstein parecen estar bastante alejados de la astronomía. La relatividad especial surgió de la electrodinámica clásica, al igual que el efecto fotoeléctrico, el trabajo sobre el calor y el movimiento browniano también está lejos de la astronomía. Incluso la relatividad general fue impulsada por preocupaciones filosóficas sobre la covarianza general, etc., en lugar de cuestiones empíricas en astronomía. No estoy seguro de qué tan bien se conocía la anomalía de Mercurio en ese momento, pero Kelvin y otros no la mencionaron como una de las "nubes". Mientras desarrollaba la relatividad general, Einstein aprendió el cálculo tensorial de un amigo geómetra, ¿quizás también tenía un amigo astrónomo?
¿Quién o qué atrajo la atención de Einstein hacia Mercurio y cuándo? ¿Qué lo alertó a la idea de que el caso de Mercury era diferente de todos los demás casos, cuando se trataba de una explicación mundana?
Otro giro es que la relatividad especial combinada con la ley del cuadrado inverso ya causa la precesión de las órbitas elípticas. Sommerfeld lo sabía al menos en 1916, cuando refinó el modelo de Bohr del átomo de hidrógeno usando órbitas elípticas de precesión bajo la cinemática de la relatividad especial. Un cálculo en Physics SE muestra que este efecto puede explicar aproximadamente 7" de 43" por siglo de la precesión anómala de Mercurio.
¿Estaban Einstein o sus contemporáneos conscientes de este efecto para Mercurio antes de 1915, y cómo se reflejaba en la relatividad especial si lo fueran?
EDITAR: la respuesta de VicAche a continuación me llevó al capítulo Conquering the Perihelion en el libro Reflections on Relativity de Kevin Brown , que brinda la historia completa resumida a continuación.
Einstein menciona por primera vez a Mercurio en una carta a Habicht en 1907: " En este momento estoy trabajando en un análisis relativista de la ley de la gravitación por medio del cual espero explicar los cambios seculares aún no explicados en el perihelio de Mercurio" . probablemente tomó la idea de la Ciencia de la mecánica de Mach, que menciona que " Solo Paul Gerber, a partir del movimiento perihelial de Mercurio, cuarenta y un segundos en un siglo, encuentra que la velocidad de propagación de la gravitación es la misma que la de la luz" . sugirió directamente que la anomalía de Mercurio, a diferencia de muchas otras, era relativista.
En 1906, Seeliger dio una explicación alternativa de la corona solar, que convenció a muchos de sus contemporáneos, pero no a Einstein. Y no Poincaré, quien mencionó en el libro Ciencia y Método de 1908 que la relatividad especial ya predice un avance de 7" para el perihelio de Mercurio. Además escribió (respondiendo a mi segunda pregunta):" Esto no puede considerarse como un argumento a favor de la nueva dinámica , ya que todavía tenemos que buscar otra explicación de la mayor parte de la anomalía relacionada con Mercurio, pero aún menos puede considerarse como un argumento en su contra.Esto probablemente confirmó la naturaleza relativista de la anomalía a los ojos de Einstein. La versión original de Einstein de una nueva teoría de la gravedad ("Entwurf") primero predijo una precesión negativa, y luego 18 "en lugar de 45", que fue una de las tres razones que citó para abandonándolo en favor de lo que ahora llamamos relatividad general.
PD Aunque el de Mercurio es el único que aparece en la historia, las anomalías orbitales son muchas, al igual que las propuestas para cambiar las leyes de la gravedad. Newton no pudo explicar toda la precesión lunar y Clairaut sugirió una modificación de la ley del cuadrado inverso antes de descubrir que el problema era no retener suficientes términos en la serie de Taylor para la solución. La anomalía de Urano condujo a la famosa predicción de Leverier sobre Neptuno, y Leverier, quien también descubrió la anómala precesión de Mercurio, sugirió un nuevo planeta Vulcano para explicarla.
Vulcano no se materializó en 1915, pero tampoco Plutón hasta 1930, y se le atribuyó las anomalías orbitales de Urano y Neptuno conocidas en la época de Einstein. Después del descubrimiento resultó que el pequeño Plutón no era el responsable después de todo, sino una estimación errónea de la masa de Neptuno. También en la época de Einstein todavía había una anomalía lunar conocida, que no se resolvió hasta la década de 1940, la no uniformidad de la rotación de la Tierra era la culpable. Newcomb sugirió una nube zodiacal y otra modificación de la ley del inverso del cuadrado en lugar de Vulcano para Mercurio. Una anomalía Pioneer más reciente también provocó mucha especulación sobre la nueva física de la gravedad (MOND), pero finalmente se atribuyó a una sutil presión térmica. Algunos sugirieron que era responsable desde el principio.
¿Quién o qué atrajo la atención de Einstein hacia Mercurio y cuándo? ¿Qué lo alertó a la idea de que el caso de Mercury era diferente de todos los demás casos, cuando se trataba de una explicación mundana?
Sé con certeza que Henri Poincaré estaba al tanto del problema y de su singularidad: si hubiera estado en el lugar de Kelvin, lo habría agregado a la lista, y Einstein seguramente estaba al tanto del trabajo de Poincaré (Étienne Klein informó La ciencia et l'hypothèse fue uno de los temas de discusión en la Academia Olympia).
Poincaré estudió la estabilidad del sistema solar en extenso durante las décadas de 1880 y 1890. No conozco ningún trabajo que mencione a Mercurio antes de su dirección del problema en 1910 (ver página 424 de la biografía de Poincaré por Jeremy Gray ), pero a pesar de mi engaño al no encontrar una dirección explícita antes de 1905, esta sigue siendo una respuesta válida.
Tenga en cuenta que el estudio de Mercurio y el sistema solar por parte de Poincaré condujo a otra teoría completamente nueva, la Teoría del Caos, que hace de este ridículo avance en el perihelio de Mercurio un terreno verdaderamente productivo para la ciencia del siglo XX . ¿Por qué? Porque Einstein no usó este ejemplo para anunciar su teoría hasta 1915 .
¿Estaban Einstein o sus contemporáneos conscientes de este efecto para Mercurio antes de 1915, y cómo se reflejaba en la relatividad especial si lo fueran?
Langevin dice que Poincaré propuso varias ecuaciones de propagación de ondas gravitacionales a la velocidad de la luz, que todas tenían en común "que reducían la brecha entre las leyes de la física y los hechos, en el movimiento del perihelio de Mercurio por ejemplo". Esto prueba que, al trabajar en leyes similares, la academia francesa de Ciencias no dejó de probarlas en Mercurio (el fracaso de Poincaré para encontrar la relatividad especial puede explicarse por su obsesión por mantener sus leyes en conformidad con Lorentz. El trabajo de Poincaré condujo a la Relatividad Disputa de prioridad . Poincaré atribuye la relatividad especial a Lorentz, Lorentz a Poincaré y Einstein, y Einstein a sí mismo al darse cuenta de que la hora local de Lorentz era en realidad solo el tiempo. Es seguro que los tres se cuidaron,
Creo que la respuesta es bastante anticlimática. El tl;dr es: La precesión anómala de Mercurio era, de hecho, un problema bien conocido entre los astrónomos en ese momento. Predecir correctamente la precesión anómala era una prueba grande y bien conocida para cualquier teoría de la gravitación que no fuera la de Newton. ley.
En la década de 1840, Le Verrier, basado en sus cálculos sobre la órbita del entonces conocido planeta Urano, propuso la existencia de otro planeta que hoy conocemos como Neptuno, que de hecho fue descubierto poco después. Aproximadamente al mismo tiempo, también calculó la órbita de Mercurio y se dio cuenta de que el resultado predicho teóricamente difería en gran medida del real. En una carta a Hervé Faye, consideró que esto era
[...] un problema difícil, digno de la atención de todos los astrónomos.
Siendo uno de los principales astrónomos de su tiempo, estoy bastante seguro de que esto animó a muchas personas a buscar soluciones. El mismo Le Verrier dudaba de la existencia de un planeta dentro de Mercurio no descubierto (Vulcano). La única solución dentro de los efectos conocidos era un aumento de al menos un 10% de la masa de Venus, lo que parecía bastante absurdo.
Como ya mencionó, había dos enfoques principales para resolver esto:
Teniendo en cuenta cuerpos celestes desconocidos o alterando las propiedades del conocido. Ejemplos conocidos son la existencia del planeta Vulcano, o la sugerencia de halagar al sol. Estos ejemplos se apegaron a la ley newtoniana de la gravitación. Sin embargo, ninguno de estos fenómenos se observó nunca.
Como ya mencionaste, también muchos teóricos intentaron explicar esto modificando el santo de Newton -ley. Dos enfoques principales fueron populares aquí: evitar una ley completamente estática o corregir la ley de Newton con un término dependiente de la velocidad (por ejemplo, la teoría de la gravitación de Lorentz). Todos estos enfoques no tuvieron éxito o contenían parámetros arbitrarios.
El enfoque de Einstein es obviamente de tipo teórico, pero, aparte del hecho de que realmente funcionó, tenía grandes ventajas sobre todos los demás enfoques; en particular, a diferencia de muchos otros enfoques, no fue diseñado específicamente para resolver este problema y Einstein no tuvo en cuenta ninguna hipótesis adicional aparte de sus leyes de gravitación. Por lo tanto, fue una prueba muy exitosa para la teoría de la gravitación de Einstein.
Véase también IV.14c en la Biografía de Einstein de Pais.
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