História da teoria gravitacional - History of gravitational theory

Pioneiros da teoria gravitacional

Na física , as teorias da gravitação postulam mecanismos de interação governando os movimentos dos corpos com massa. Existem inúmeras teorias da gravitação desde os tempos antigos. As primeiras fontes existentes discutindo tais teorias são encontradas na filosofia grega antiga . Este trabalho foi promovido por antigos físicos islâmicos indianos e medievais , antes de ganhar grandes avanços durante a Renascença e a Revolução Científica , culminando na formulação da lei da gravidade de Newton . Este foi substituído por Albert Einstein 's teoria da relatividade no início do século 20.

O filósofo grego Aristóteles ( fl.  Século 4 aC ) acreditava que os objetos tendem a um ponto devido à sua gravidade interna (peso). Vitruvius (fl.  Século 1 aC ) entendeu que os objetos caem com base em sua gravidade específica . No século 6 dC, o estudioso alexandrino bizantino John Philoponus modificou o conceito aristotélico de gravidade com a teoria do ímpeto . No século 7, o astrônomo indiano Brahmagupta falou da gravidade como uma força atrativa. No século 14, e influenciados por certos estudiosos islâmicos, os filósofos europeus Jean Buridan e Albert da Saxônia vincularam o ímpeto à aceleração e à massa dos objetos. Albert também desenvolveu uma lei de proporção referente à relação entre a velocidade de um objeto em queda livre e o tempo decorrido.

No início do século 17, Galileo Galilei descobriu que todos os objetos tendem a acelerar igualmente em queda livre. Em 1632, ele apresentou o princípio básico da relatividade . A existência da constante gravitacional foi explorada por vários pesquisadores a partir de meados do século 17, ajudando Isaac Newton a formular sua lei da gravitação universal. A mecânica clássica de Newton foi substituída no início do século 20, quando Einstein desenvolveu a teoria da relatividade especial e geral . O portador de força da gravidade continua sendo um caso isolado na busca por uma teoria de tudo , à qual vários modelos quânticos da gravidade são candidatos.

Antiguidade

Mundo greco-romano

O filósofo grego jônico Heráclito ( c.  535  - c.  475 aC ) usou a palavra logos ('palavra') para descrever um tipo de lei que mantém o cosmos em harmonia, movendo todos os objetos, incluindo as estrelas, ventos e ondas.

No século 4 aC, o filósofo grego Aristóteles ensinou que não há efeito ou movimento sem causa . A causa do movimento descendente de corpos pesados, como o elemento terra , estava relacionada à sua natureza , que os fazia se mover para baixo em direção ao centro do universo, que era seu lugar natural. Por outro lado, os corpos de luz, como o elemento fogo , movem-se por natureza para cima em direção à superfície interna da esfera da lua. Assim, no sistema de Aristóteles, os corpos pesados ​​não são atraídos para a Terra por uma força externa, mas tendem para o centro do universo por causa de uma gravidade interna ou peso.

O físico grego do século III aC Arquimedes descobriu o centro de massa de um triângulo. Ele também postulou que se os centros de gravidade de dois pesos iguais não fossem os mesmos, eles estariam localizados no meio da linha que os une. Dois séculos depois, o engenheiro e arquiteto romano Vitrúvio afirmou em seu De architectura que a gravidade não depende do peso de uma substância, mas sim de sua "natureza" ( cf. gravidade específica ):

Se o mercúrio for despejado em um vaso e uma pedra pesando cem libras for colocada sobre ele, a pedra nada na superfície e não pode deprimir o líquido, nem romper, nem separá-lo. Se removermos o peso de cem libras e colocarmos um escrúpulo de ouro, ele não nadará, mas afundará por conta própria. Portanto, é inegável que a gravidade de uma substância não depende da quantidade de seu peso, mas de sua natureza.

No século 6 EC, o estudioso alexandrino bizantino John Philoponus propôs a teoria do ímpeto , que modifica a teoria de Aristóteles de que "a continuação do movimento depende da ação contínua de uma força", incorporando uma força causal que diminui com o tempo.

subcontinente indiano

O Shatapatha Brahmana , um texto hindu escrito pelo sábio védico Yajnavalkya , afirma que o "sol se amarra ... mundos em um fio". A prosa é datada de 300 AEC, mas alguns elementos provêm de fontes anteriores, talvez dos séculos 10 a 6 aC.

O matemático / astrônomo indiano Brahmagupta (c. 598 - c. 668 dC) descreveu pela primeira vez a gravidade como uma força atrativa, usando o termo " gurutvākarṣaṇam (गुरुत्वाकर्षणम्) " para descrevê-la dentro de uma visão heliocêntrica do Sistema Solar, conforme definido por Aryabhata :

A terra em todos os seus lados é a mesma; todas as pessoas na terra estão de pé, e todas as coisas pesadas caem na terra por uma lei da natureza, pois é da natureza da terra atrair e manter as coisas, como é da natureza da água fluir ... Se algo quer ir mais fundo do que a terra, deixe-o tentar. A terra é a única coisa baixa , e as sementes sempre voltam para ela, em qualquer direção que você possa jogá-las fora, e nunca se elevar da terra.

Mundo islâmico

No século 11 dC, o polímata persa Ibn Sina (Avicena) concordou com a teoria de Filopono de que "o objeto movido adquire uma inclinação do motor" como uma explicação para o movimento do projétil . Ibn Sina publicou então sua própria teoria do ímpeto no Livro da Cura (c. 1020). Ao contrário de Filopono, que acreditava ser uma virtude temporária que declinaria mesmo no vácuo , Ibn Sina o via como persistente, exigindo forças externas, como a resistência do ar, para dissipá-lo. Ibn Sina fez distinção entre 'força' e 'inclinação' ( mayl ), e argumentou que um objeto ganhou mayl quando o objeto está em oposição ao seu movimento natural. Ele concluiu que a continuação do movimento é atribuída à inclinação que é transferida para o objeto, e esse objeto estará em movimento até que o mayl se esgote .

Outro polímata persa do século 11, Al-Biruni , propôs que os corpos celestes têm massa , peso e gravidade, assim como a Terra. Ele criticou Aristóteles e Ibn Sina por sustentarem a visão de que apenas a Terra tem essas propriedades. O estudioso do século 12 Al-Khazini sugeriu que a gravidade de um objeto varia dependendo de sua distância do centro do universo (referindo-se ao centro da Terra). Al-Biruni e Al-Khazini estudaram a teoria do centro de gravidade, generalizaram e aplicaram-na a corpos tridimensionais. Eles também fundaram a teoria da alavanca ponderável e criaram a ciência da gravidade. Métodos experimentais finos também foram desenvolvidos para determinar a gravidade específica ou peso específico de objetos, com base na teoria de balanças e pesagem .

No século 12, Abu'l-Barakāt al-Baghdādī adotou e modificou a teoria de Ibn Sina sobre o movimento do projétil . Em seu Kitab al-Mu'tabar , Abu'l-Barakat afirmou que o motor transmite uma inclinação violenta ( mayl qasri ) ao movido e que isso diminui à medida que o objeto em movimento se distancia do motor. De acordo com Shlomo Pines , a teoria do movimento de al-Baghdādī era "a negação mais antiga da lei dinâmica fundamental de Aristóteles [a saber, que uma força constante produz um movimento uniforme], [e é, portanto, uma] antecipação de uma forma vaga da lei fundamental de mecânica clássica [ou seja, que uma força aplicada continuamente produz aceleração ]. "

Renascimento europeu

No século 14, tanto o filósofo francês Jean Buridan quanto o Merton College de Oxford rejeitaram o conceito aristotélico de gravidade . Eles atribuíram o movimento dos objetos a um ímpeto (semelhante ao momento ), que varia de acordo com a velocidade e a massa; Buridan foi influenciado nisso pelo Livro de Cura de Ibn Sina . Buridan e o filósofo Albert da Saxônia (c. 1320–1390) adotaram a teoria de Abu'l-Barakat de que a aceleração de um corpo em queda é resultado de seu ímpeto crescente. Influenciado por Buridan, Albert desenvolveu uma lei da proporção referente à relação entre a velocidade de um objeto em queda livre e o tempo decorrido. Ele também teorizou que montanhas e vales são causados ​​pela erosão - deslocando o centro de gravidade da Terra. Também naquele século, o Merton College desenvolveu o teorema da velocidade média , que foi provado por Nicole Oresme (c. 1323–1382) e seria influente nas equações gravitacionais posteriores .

Leonardo da Vinci (1452-1519) escreveu que a "mãe e origem da gravidade" é a energia . Ele descreve dois pares de poderes físicos que se originam de uma origem metafísica e afetam tudo: abundância de força e movimento, e gravidade e resistência. Ele associa a gravidade aos elementos clássicos "frios" , água e terra, e chama sua energia de infinita. Em 1514, Nicolaus Copernicus havia escrito um esboço de seu modelo heliocêntrico , no qual afirmava que o centro da Terra é o centro de sua rotação e da órbita lunar . Em 1533, o humanista alemão Petrus Apianus descreveu o exercício da gravidade:

Visto que é aparente que na descida [ao longo do arco] há mais impedimentos adquiridos, é claro que a gravidade é diminuída por causa disso. Mas, como isso ocorre devido à posição de corpos pesados, que seja chamada de gravidade posicional [isto é, gravitas secundum situm ]

Em 1544, de acordo com Benedetto Varchi , as experiências de pelo menos dois italianos dissiparam a afirmação aristotélica de que os objetos caem proporcionalmente ao seu peso. Em 1551, Domingo de Soto sugeriu que os objetos em queda livre aceleram uniformemente. Essa ideia foi posteriormente explorada em mais detalhes por Galileo Galilei , que derivou sua cinemática do Merton College e Jean Buridan do século 14, e possivelmente De Soto também. Galileu aplicou com sucesso a matemática à aceleração de objetos em queda, hipotetizando corretamente em uma carta de 1604 a Paolo Sarpi que a distância de um objeto em queda é proporcional ao quadrado do tempo decorrido. Galileu sugeriu em suas Duas novas ciências (1638) que a ligeira variação da velocidade de objetos em queda de massa diferente era devido à resistência do ar, e que os objetos cairiam de maneira completamente uniforme no vácuo.

Discípulo de Galileu, Evangelista Torricelli reiterou o modelo de Aristóteles envolvendo um centro gravitacional, acrescentando sua visão de que um sistema só pode estar em equilíbrio quando o próprio centro comum é incapaz de cair.

Iluminismo europeu

A relação da distância dos objetos em queda livre com o quadrado do tempo decorrido foi confirmada por Francesco Maria Grimaldi e Giovanni Battista Riccioli entre 1640 e 1650. Eles também fizeram um cálculo da constante gravitacional registrando as oscilações de um pêndulo.

Explicações mecânicas

Em 1644, René Descartes propôs que nenhum espaço vazio pode existir e que um continuum de matéria faz com que todo movimento seja curvilíneo . Assim, a força centrífuga empurra a matéria relativamente leve para longe dos vórtices centrais dos corpos celestes, diminuindo a densidade localmente e, assim, criando pressão centrípeta . Utilizando aspectos dessa teoria, entre 1669 e 1690, Christiaan Huygens projetou um modelo matemático de vórtice. Em uma de suas provas, ele mostra que a distância percorrida por um objeto caído de uma roda giratória aumentará proporcionalmente ao quadrado do tempo de rotação da roda. Em 1671, Robert Hooke especulou que a gravitação é o resultado de corpos emitindo ondas no éter . Nicolas Fatio de Duillier (1690) e Georges-Louis Le Sage (1748) propuseram um modelo corpuscular usando algum tipo de mecanismo de proteção ou sombreamento. Em 1784, Le Sage postulou que a gravidade poderia ser o resultado da colisão de átomos e, no início do século 19, ele expandiu a teoria da pressão corpuscular de Daniel Bernoulli para o universo como um todo. Um modelo semelhante foi criado posteriormente por Hendrik Lorentz  (1853–1928), que usou radiação eletromagnética em vez de corpúsculos.

O matemático inglês Isaac Newton utilizou o argumento de Descartes de que o movimento curvilíneo restringe a inércia e, em 1675, argumentou que os fluxos de éter atraem todos os corpos uns para os outros. Newton (1717) e Leonhard Euler  (1760) propuseram um modelo no qual o éter perde densidade perto da massa, levando a uma força resultante atuando sobre os corpos. Outras explicações mecânicas da gravitação (incluindo a teoria de Le Sage ) foram criadas entre 1650 e 1900 para explicar a teoria de Newton, mas os modelos mecanicistas acabaram caindo em desuso porque a maioria deles leva a uma quantidade inaceitável de arrasto (resistência do ar), que não foi observada . Outros violam a lei de conservação de energia e são incompatíveis com a termodinâmica moderna .

Retrato de Isaac Newton (1642–1727) por Godfrey Kneller (1689)

Lei de newton

Em 1679, Robert Hooke escreveu a Isaac Newton sobre sua hipótese a respeito do movimento orbital, que em parte depende de uma força do inverso do quadrado . Em 1684, Hooke e Newton disseram a Edmond Halley que haviam provado a lei do inverso do quadrado do movimento planetário, em janeiro e agosto, respectivamente. Enquanto Hooke se recusava a apresentar suas provas, Newton foi solicitado a compor De motu corporum in gyrum ('Sobre o movimento dos corpos em uma órbita'), no qual ele deriva matematicamente as leis de Kepler do movimento planetário . Em 1687, com o apoio de Halley (e para o desânimo de Hooke), Newton publicou Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica ( Princípios matemáticos da filosofia natural ), que apresenta a hipótese da lei do inverso do quadrado da gravitação universal . Em suas próprias palavras:

Eu deduzi que as forças que mantêm os planetas em suas órbitas devem ser reciprocamente como os quadrados de suas distâncias dos centros em torno dos quais eles giram; e assim comparou a força necessária para manter a lua em seu orbe com a força da gravidade na superfície da terra; e descobri que eles respondiam bem de perto.

A fórmula original de Newton era:

onde o símbolo significa "é proporcional a". Para transformar isso em uma fórmula ou equação com lados iguais, era necessário que houvesse um fator ou constante multiplicador que fornecesse a força de gravidade correta, não importando o valor das massas ou a distância entre elas (a constante gravitacional). Newton precisaria de uma medida precisa dessa constante para provar sua lei do inverso do quadrado. Esta foi executada pela primeira vez por Henry Cavendish em 1797.

Na teoria de Newton (reescrita usando matemática mais moderna), a densidade de massa gera um campo escalar, o potencial gravitacional em joules por quilograma, por

Usando o operador Nabla para o gradiente e divergência (derivadas parciais), isso pode ser convenientemente escrito como:

Este campo escalar governa o movimento de uma partícula em queda livre por:

Na distância r de uma massa isolada M , o campo escalar é

Os Principia esgotaram-se rapidamente, inspirando Newton a publicar uma segunda edição em 1713. O tratado inspirou o filósofo francês Voltaire a escrever seu próprio livro explicando aspectos dele em 1738, o que ajudou a popularizar a teoria de Newton. Em 1755, o filósofo prussiano Immanuel Kant publicou um manuscrito cosmológico baseado nos princípios newtonianos, no qual desenvolve a hipótese nebular . Em 1788, Joseph-Louis Lagrange introduziu uma formulação aprimorada da mecânica clássica. Nenhuma das versões leva em conta os efeitos relativísticos , pois estes ainda não foram descobertos. Mesmo assim, a teoria de Newton é considerada excepcionalmente precisa no limite de campos gravitacionais fracos e velocidades baixas.

A teoria de Newton teve seu maior sucesso quando foi usada para prever a existência de Netuno com base nos movimentos de Urano que não podiam ser explicados pelas ações dos outros planetas. Cálculos de John Couch Adams e Urbain Le Verrier previram a posição geral do planeta. Em 1846, Le Verrier enviou sua posição a Johann Gottfried Galle , pedindo-lhe que a verificasse. Na mesma noite, Galle avistou Netuno perto da posição que Le Verrier havia previsto. No final do século 19, Le Verrier mostrou que a órbita de Mercúrio não poderia ser contabilizada inteiramente sob a gravidade newtoniana, e todas as buscas por outro corpo perturbador (como um planeta orbitando o Sol ainda mais perto do que Mercúrio) foram infrutíferas.

No final do século 19, muitos tentaram combinar a lei da força de Newton com as leis estabelecidas da eletrodinâmica (como as de Wilhelm Eduard Weber , Carl Friedrich Gauss e Bernhard Riemann ) para explicar a precessão anômala do periélio de Mercúrio . Em 1890, Maurice Lévy conseguiu fazê-lo combinando as leis de Weber e Riemann, segundo as quais a velocidade da gravidade é igual à velocidade da luz. Em outra tentativa, Paul Gerber (1898) conseguiu derivar a fórmula correta para a mudança do periélio (que era idêntica à fórmula usada posteriormente por Albert Einstein ). Essas hipóteses foram rejeitadas por causa das leis desatualizadas nas quais se baseavam, sendo substituídas pelas de James Clerk Maxwell .

Era moderna

Em 1900, Hendrik Lorentz tentou explicar a gravidade com base em sua teoria do éter e nas equações de Maxwell . Ele presumiu, como Ottaviano Fabrizio Mossotti e Johann Karl Friedrich Zöllner , que a atração de partículas com cargas opostas é mais forte do que a repulsão de partículas com cargas iguais. A rede de força resultante é exatamente o que se conhece como gravitação universal, em que a velocidade da gravidade é a da luz. Lorentz calculou que o valor para o avanço do periélio de Mercúrio era muito baixo.

No final do século 19, Lord Kelvin ponderou a possibilidade de uma teoria de tudo . Ele propôs que todos os corpos pulsam, o que pode ser uma explicação da gravitação e das cargas elétricas . Suas ideias eram amplamente mecanicistas e exigiam a existência do éter, que o experimento de Michelson-Morley falhou em detectar em 1887. Isso, combinado com o princípio de Mach , levou a modelos gravitacionais que apresentam ação à distância .

Albert Einstein desenvolveu sua teoria revolucionária da relatividade em artigos publicados em 1905 e 1915; estes são responsáveis ​​pela precessão do periélio de Mercúrio. Em 1914, Gunnar Nordström tentou gravidade unificar e eletromagnetismo na sua teoria de cinco dimensões gravitação. A relatividade geral foi provada em 1919, quando Arthur Eddington observou lentes gravitacionais em torno de um eclipse solar, combinando com as equações de Einstein. Isso resultou na teoria de Einstein substituindo a física newtoniana. A partir daí, o matemático alemão Theodor Kaluza promoveu a ideia da relatividade geral com uma quinta dimensão, que em 1921 o físico sueco Oskar Klein deu uma interpretação física em uma teoria das cordas prototípica , um possível modelo de gravidade quântica e teoria potencial de tudo.

As equações de campo de Einstein incluem uma constante cosmológica para explicar a alegada estaticidade do universo . No entanto, Edwin Hubble observou em 1929 que o universo parece estar se expandindo. Na década de 1930, Paul Dirac desenvolveu a hipótese de que a gravitação deveria diminuir lenta e continuamente ao longo da história do universo. Alan Guth e Alexei Starobinsky propuseram em 1980 que a inflação cósmica no início do universo poderia ter sido impulsionada por um campo de pressão negativa , um conceito mais tarde cunhado de ' energia escura ' - descoberto em 2013 por ter composto cerca de 68,3% do universo inicial.

Em 1922, Jacobus Kapteyn propôs a existência de matéria escura , uma força invisível que move estrelas em galáxias em velocidades mais altas do que a gravidade sozinha explica. Em 2013, constatou-se que abrangia 26,8% do universo inicial. Junto com a energia escura, a matéria escura é uma exceção na relatividade de Einstein, e uma explicação para seus efeitos aparentes é um requisito para uma teoria bem-sucedida de tudo.

Em 1957, Hermann Bondi propôs que a massa gravitacional negativa (combinada com a massa inercial negativa) obedeceria ao princípio de equivalência forte da relatividade geral e às leis do movimento de Newton . A prova de Bondi rendeu soluções livres de singularidade para as equações da relatividade.

As primeiras teorias da gravidade tentaram explicar as órbitas planetárias (Newton) e órbitas mais complicadas (por exemplo, Lagrange). Em seguida, vieram as tentativas malsucedidas de combinar a gravidade com as teorias ondulatórias ou corpusculares da gravidade. Todo o panorama da física mudou com a descoberta das transformações de Lorentz , e isso levou a tentativas de reconciliá-la com a gravidade. Ao mesmo tempo, os físicos experimentais começaram a testar os fundamentos da gravidade e da relatividade - invariância de Lorentz , a deflexão gravitacional da luz , o experimento de Eötvös . Essas considerações levaram ao desenvolvimento da relatividade geral e depois disso .

Einstein (1905,1908,1912)

Em 1905, Albert Einstein publicou uma série de artigos nos quais estabeleceu a teoria da relatividade especial e o fato de que massa e energia são equivalentes . Em 1907, no que descreveu como "o pensamento mais feliz da minha vida", Einstein percebeu que quem está em queda livre não experimenta nenhum campo gravitacional. Em outras palavras, a gravitação é exatamente equivalente à aceleração.

A publicação em duas partes de Einstein em 1912 (e antes em 1908) é realmente importante apenas por razões históricas. A essa altura, ele já sabia do desvio para o vermelho gravitacional e da deflexão da luz. Ele percebeu que as transformações de Lorentz não são geralmente aplicáveis, mas as manteve. A teoria afirma que a velocidade da luz é constante no espaço livre, mas varia na presença de matéria. A teoria só deveria se manter quando a fonte do campo gravitacional está estacionária. Inclui o princípio da menor ação :

onde é a métrica de Minkowski , e há uma soma de 1 a 4 sobre os índices e .

Einstein e Grossmann incluem geometria Riemanniana e cálculo tensorial .

As equações da eletrodinâmica correspondem exatamente às da relatividade geral. A equação

não está na relatividade geral. Ele expressa o tensor tensão-energia em função da densidade da matéria.

Modelos invariantes de Lorentz (1905-1910)

Com base no princípio da relatividade , Henri Poincaré (1905, 1906), Hermann Minkowski (1908) e Arnold Sommerfeld (1910) tentaram modificar a teoria de Newton e estabelecer uma lei gravitacional invariante de Lorentz , em que a velocidade da gravidade é a de luz. Como no modelo de Lorentz, o valor para o avanço do periélio de Mercúrio era muito baixo.

Abraham (1912)

Enquanto isso, Max Abraham desenvolveu um modelo alternativo de gravidade no qual a velocidade da luz depende da intensidade do campo gravitacional e, portanto, é variável em quase todos os lugares. A revisão de 1914 de Abraham dos modelos de gravitação é considerada excelente, mas seu próprio modelo era pobre.

Nordström (1912)

A primeira abordagem de Nordström (1912) foi reter a métrica de Minkowski e um valor constante de mas deixar a massa depender da força do campo gravitacional . Permitindo que esta força de campo satisfaça

onde está a energia da massa de repouso e é o d'Alembertiano ,

e

onde é a velocidade de quatro e o ponto é um diferencial em relação ao tempo.

A segunda abordagem de Nordström (1913) é lembrada como a primeira teoria relativística de campo da gravitação logicamente consistente já formulada. (notação do Pais não Nordström):

onde é um campo escalar,

Esta teoria é invariante de Lorentz, satisfaz as leis de conservação, reduz-se corretamente ao limite newtoniano e satisfaz o princípio da equivalência fraca .

Einstein e Fokker (1914)

Essa teoria é o primeiro tratamento de Einstein da gravitação em que a covariância geral é estritamente obedecida. Escrita:

eles relacionam Einstein – Grossmann a Nordström. Eles também afirmam:

Ou seja, o traço do tensor de energia de tensão é proporcional à curvatura do espaço.

Entre 1911 e 1915, Einstein desenvolveu a ideia de que a gravitação é equivalente à aceleração, inicialmente declarada como o princípio de equivalência , em sua teoria geral da relatividade, que funde as três dimensões do espaço e a dimensão única do tempo no tecido quadridimensional de espaço-tempo . No entanto, ele não unifica a gravidade com os quanta - partículas individuais de energia, que o próprio Einstein postulou a existência em 1905.

Relatividade geral

Ilustração explicando a relevância do eclipse solar total de 29 de maio de 1919 , da edição de 22 de novembro de 1919 do The Illustrated London News

Na relatividade geral, os efeitos da gravitação são atribuídos à curvatura do espaço-tempo em vez de a uma força. O ponto de partida para a relatividade geral é o princípio de equivalência, que iguala a queda livre ao movimento inercial. O problema que isso cria é que objetos em queda livre podem acelerar em relação uns aos outros. Para lidar com essa dificuldade, Einstein propôs que o espaço-tempo é curvo pela matéria e que objetos em queda livre estão se movendo ao longo de caminhos localmente retos no espaço-tempo curvo . Mais especificamente, Einstein e David Hilbert descobriram as equações de campo da relatividade geral, que relacionam a presença da matéria e a curvatura do espaço-tempo. Estas equações de campo são um conjunto de 10 simultâneas , não lineares , de equações diferenciais . As soluções das equações de campo são as componentes do tensor métrico do espaço-tempo, que descreve sua geometria. Os caminhos geodésicos do espaço-tempo são calculados a partir do tensor métrico.

Soluções notáveis ​​das equações de campo de Einstein incluem:

A relatividade geral teve muito sucesso porque suas previsões (não exigidas pelas teorias da gravidade mais antigas) foram regularmente confirmadas. Por exemplo:

Acredita-se que as fusões de estrelas de nêutrons (detectadas em 2017) e a formação de buracos negros também podem criar quantidades detectáveis ​​de radiação gravitacional.

Gravidade quântica

Várias décadas após a descoberta da relatividade geral, percebeu-se que ela não pode ser a teoria da gravidade completa porque é incompatível com a mecânica quântica . Mais tarde, foi entendido que é possível descrever a gravidade no quadro da teoria quântica de campos como as outras forças fundamentais . Neste quadro, a força atrativa da gravidade surge devido à troca de grávitons virtuais , da mesma forma que a força eletromagnética surge da troca de fótons virtuais . Isso reproduz a relatividade geral no limite clássico , mas apenas no nível linearizado e postulando que as condições para a aplicabilidade do teorema de Ehrenfest se mantêm, o que nem sempre é o caso. Além disso, esta abordagem falha em distâncias curtas da ordem do comprimento de Planck .

Modelos teóricos como a teoria das cordas e a gravidade quântica em loop são candidatos atuais para uma possível 'teoria de tudo'.

Veja também

Referências

Notas de rodapé

Citações

Fontes