Entre 1907 i 1916 Einstein va emprar bona part del seu temps i esforços en la generalització de la teoria de la invariància a marcs de referència no inercials. Si bé el resultat d’aquests treballs, la qual després es coneixeria com a teoria general de la relativitat, és substancialment més complexa que la teoria especial, en el que segueix emprarem el que ja hem après de la teoria especial per a comprendre alguns aspectes importants de la teoria general i després explorar algunes de les seves implicacions.
Sabem que la teoria especial es basa en dos principis bàsics, el principi de relativitat i la constància de la velocitat de la llum. De manera similar, la teoria general també es basa en dos principis: el principi de covariància i el principi d’equivalència. Anem a veure que els dos són molt fàcils de plantejar i entendre, una altra cosa molt més complicada és expressar les seves conseqüències matemàticament, alguna cosa en el que no entrarem.
El principi de covariància es pot resumir dient que les lleis de la física són les mateixes en tots els marcs de referència. Una afirmació que ens retrotrau a el principi de relativitat de la teoria especial:
Totes les lleis de la física són exactament les mateixes per a cada observador en cada marc de referència que està en repòs o movent-se amb una velocitat relativa uniforme . Això vol dir que no hi ha cap experiment que es pugui realitzar dins d’un marc de referència que reveli si aquest està en repòs o movent-se a una velocitat uniforme.
El principi de covariància és doncs una generalització del principi de relativitat: mentre que aquest es limita als marcs de referència inercials, el principi de covariància diu que les lleis de la física són les mateixes en qualsevol marc de referència, independentment de com s’estigui movent respecte a un altre. És en aquest sentit com les teories de la relativitat es distingeixen en especial i general: mentre que la teoria especial s’aplica quan es donen certes circumstàncies especials (sempre que estiguem tractant amb marcs de referència inercials), la teoria general manca d’aquesta restricció.
l’altre principi bàsic de la teoria general és el principi d’equivalència que ve a dir que els efectes deguts a l’acceleració i els deguts a la gravetat són indistingibles. Pot semblar una afirmació buida, perquè ja sabíem que la gravetat provoca una acceleració en física newtoniana i la relació ja la coneixia el propi Newton.
Quina novetat introdueix Einstein llavors? En la física de Newton acceleració i gravetat són tractades com dos fenòmens separats i la relació entre elles com una coincidència. Però el principi d’equivalència afirma que essencialment no hi ha diferència entre els dos efectes: no podem distingir entre ells.
Aquesta equivalència essencial entre acceleració i gravetat se sol il·lustrar amb l’experiment mental de l’ascensor. Imagina que estàs en una caixa d’ascensor sense finestres, i que la caixa està dipositada a la superfície de la Terra estàtica, però tu no ho saps. Comences a fer experiments físics per veure què pots esbrinar de la teva situació. Què fas? Doncs mesures que els objectes que deixes lliures a l’altura de la teva espatlla es mouen amb moviment uniformement accelerat cap a terra (saps que és el sòl perquè hi ha una força que t’empeny cap a aquesta superfície i, per això, la flames sòl) amb una acceleració constant de 9,8 m / s.
Ara suposem que, de nou sense que tu sàpigues res, la caixa d’ascensor es mou per l’espai interestel·lar (i, per tant, no li influeix significativament cap camp gravitatori) amb una acceleració uniforme de 9,8 m / s en la direcció perpendicular al que tu abans deies sòl i sentit “de terra a sostre”. de nou, els teus experiments et portarien en aquestes circumstàncies exactament als mateixos resultats. és a dir, els efectes pràctics d’acceleració i gravetat són idèntics i no pots distingir una situació d’una altra.
Notes:
els marcs de referència que estan en repòs o es mouen amb velocitat uniforme en relació amb un altre marc de referència són anomenats marcs de ref Erencia inercials, ja que la llei d’inèrcia de Newton es compleix en ells.Els marcs de referència que s’acceleren respecte a altres s’anomenen marcs de referència no inercials .
Rep diversos noms segons el text que consultem : principi de covariància , de covariància general o general de la relativitat. Nosaltres preferim el nom més eficient.
Einstein es referia a ell com a principi general de la relativitat .
Sobre l’autor : César Vaig prendre López és divulgador científic i editor de Mapping Ignorance