Albert Einstein udviklet sin relativitetsteori i papirer offentliggjort i 1905 og 1915. I 1914 forsøgte Gunnar Nordstr .m at forene tyngdekraft og elektromagnetisme i sin teori om femdimensionel gravitation. I 1919 erstattede generel relativitet alle andre gravitationsmodeller, herunder ne .tons love, da gravitationslinser omkring en solformørkelse, der matchede Einsteins ligninger, blev observeret af Arthur Eddington., Derefter, tysk matematiker Theodor Kaluza fremmet ideen om den generelle relativitetsteori med en femte dimension, som i 1921 svenske fysiker Oskar Klein gav en fysisk fortolkning af i en prototypisk strengteori, en mulig model af kvante tyngdekraft og potentielle teori om alting.

Einsteins relativitetsteori ligninger omfatter en kosmologisk konstant at redegøre for den påståede staticity af universet. Imidlertid observerede Ed .in Hubble i 1929, at universet ser ud til at udvide sig., I 1930 ‘ erne udviklede Paul Dirac hypotesen om, at gravitation langsomt og støt skulle falde i løbet af universets historie. Alan Guth og Alexei Starobinsky, der er foreslået i 1980, at kosmisk inflation i det meget tidlige univers kunne have været drevet af et negativt pres område, et begreb, der senere opfandt ‘mørk energi’—fundet i 2013 at have komponeret omkring 68,3% af det tidlige univers.

I 1922, Jacobus Kapteyn foreslået eksistensen af mørkt stof, en usynlig kraft, der bevæger stjerner i galakser ved højere hastigheder end tyngdekraften alene tegner sig for., Det blev fundet i 2013 at have omfattet 26.8% af det tidlige univers. Sammen med mørk energi er mørkt stof en outlier i Einsteins relativitet, og en forklaring på dens tilsyneladende virkninger er et krav til en vellykket teori om alt.

i 1957 foreslog Hermann Bondi, at negativ gravitationel masse (kombineret med negativ inertiel masse) ville overholde det stærke ækvivalensprincip for generel relativitet og Ne .tons bevægelseslove. Bondi ‘ s bevis gav singularitet-gratis løsninger for relativitetsteori ligninger.,

tidlige tyngdekraftsteorier forsøgte at forklare planetariske baner (ne .ton) og mere komplicerede baner (f.eks. Så kom mislykkede forsøg på at kombinere tyngdekraften og enten bølge eller corpuscular teorier om tyngdekraften. Hele fysikens landskab blev ændret med opdagelsen af Lorent. – transformationer, og dette førte til forsøg på at forene det med tyngdekraften. På samme tid begyndte eksperimentelle fysikere at teste fundamentet for tyngdekraft og relativitet – Lorent.invariance, tyngdekraftens afbøjning af lys, e .tvss-eksperimentet., Disse overvejelser førte til og forbi udviklingen af generel relativitet.

Elektrostatisk modeller (1870-1900)Edit

I slutningen af det 19. århundrede, har mange forsøgt at kombinere Newton ‘ s gældende lov med de etablerede love om elektrodynamik, som dem af Weber, Carl Friedrich Gauss, Bernhard Riemann og James Clerk Maxwell. Disse modeller blev brugt til at forklare Perihelion præcession af kviksølv. I 1890 lykkedes det L .vy at gøre det ved at kombinere lawseber og Riemanns love, hvorved tyngdekraften er lig med lysets hastighed i hans teori., Og i et andet forsøg lykkedes Paul Gerber (1898) endda at udlede den korrekte formel for Perihelionskiftet (som var identisk med den formel, der senere blev brugt af Einstein). Men fordi de grundlæggende love for Weber og andre var forkerte (for eksempel, Weber ‘s lov blev afløst af Maxwell’ s teori), disse hypoteser blev afvist. I 1900 forsøgte Hendrik Lorent.at forklare tyngdekraften på grundlag af hans Lorent. ether teori og Ma. .ell ligningerne., Han antog ligesom Ottaviano Fabri .io Mossotti og Johann Karl Friedrich .llllner, at tiltrækningen af modsatte ladede partikler er stærkere end afstødningen af lige ladede partikler. Den resulterende netkraft er nøjagtigt det, der kaldes universel gravitation, hvor tyngdekraften er lysets hastighed. Men Lorent.beregnet, at værdien for Perihelion fremskridt af kviksølv var alt for lav.

i slutningen af det 19.århundrede overvejede Lord Kelvin muligheden for en teori om alt., Han foreslog, at hvert organ pulserer, hvilket kan være en forklaring på gravitation og elektriske ladninger. Men hans ideer var stort set mekanistisk og krævede eksistensen af æter, som Michelson–Morley eksperiment undladt at opdage i 1887. Dette kombineret med Machs princip førte til gravitationsmodeller, der har handling på afstand.,

Lorentz-invariant modeller (1905-1910)Edit

Baseret på princippet om relativitet, Henri Poincaré (1905, 1906), Hermann Minkowski (1908), og Arnold Sommerfeld (1910) forsøgte at ændre Newton ‘ s teori, og at etablere en Lorentz invariant tyngde-loven, hvor hastigheden af tyngdekraften, er lys. Som i Lorent. ‘s model var værdien for Mercury’ s perihelion-fremskridt alt for lav.,

Einstein (1905, 1908, 1912)Rediger

i 1905 offentliggjorde Albert Einstein en række papirer, hvor han etablerede den specielle relativitetsteori og det faktum, at masse og energi er ækvivalente. I 1907, i det, han beskrev som “den lykkeligste tanke i mit liv”, indså Einstein, at en person, der er i frit fald, ikke oplever noget gravitationsfelt. Med andre ord svarer gravitation nøjagtigt til acceleration.

Einsteins todelte publikation i 1912 (og før i 1908) er virkelig kun vigtig af historiske grunde., På det tidspunkt vidste han om gravitations rødforskydningen og afbøjningen af lys. Han havde indset, at Lorent. – transformationer ikke er almindeligt anvendelige, men beholdt dem. Teorien siger, at lysets hastighed er konstant i frit rum, men varierer i nærvær af stof. Teorien forventedes kun at holde, når kilden til gravitationsfeltet er stationær., Det omfatter princippet om mindst mulig indsats:

δ ∫ d τ = 0 {\displaystyle \delta \int d\tau =0\,} d τ 2 = − η μ ν d μ x d x n {\displaystyle {d\tau }^{2}=-\eta _{\mu \nu }\,dx^{\mu }\,dx^{\nu }\,}

Einstein og Grossmann omfatter Riemannian geometry og tensor calculus.

δ ∫ d τ = 0 {\displaystyle \delta \int d\tau =0\,} d τ 2 = − g μ ν d μ x d x n {\displaystyle {d\tau }^{2}=-g_{\mu \nu }\,dx^{\mu }\,dx^{\nu }\,}

ligninger af elektrodynamik præcis svarer til de af den generelle relativitetsteori., Ligningen

T = = = d d.d d d D {ν d {{\displaystyle T^{\mu \nu} = \rho{d.^{\mu } \over d\tau} {d.^{\nu } \over d\tau}\,}

er ikke generelt relativitet. Det udtrykker stress-energi tensoren som en funktion af materietætheden.

Abraham (1912)Rediger

mens dette foregik, udviklede Abraham en alternativ tyngdekraftsmodel, hvor lysets hastighed afhænger af gravitationsfeltstyrken og så er variabel næsten overalt. Abrahams 1914 gennemgang af gravitation modeller siges at være fremragende, men hans egen model var dårlig.,

Nordström (1912)Edit

Den første tilgang af Nordström (1912) var at bevare den Minkowski variabel og en konstant værdi af k {\displaystyle c\,} men at lade masse afhænge af tyngdefeltet styrke φ {\displaystyle \varphi \,} ., Tillader dette felt styrke til at tilfredsstille

◻ φ = ρ {\displaystyle \Box \varphi =\rho \,}

hvor ρ {\displaystyle \rho \,} er resten masse energi og ◻ {\displaystyle \Box \,} er d’Alembertian,

m = m 0 exp ⁡ ( φ c 2 ) {\displaystyle m=m_{0}\exp \left({\frac {\varphi }{c^{2}}}\right)\,}

og

− ∂ φ ∂ x μ = u μ + u μ c 2 φ {\displaystyle -{\partial \varphi \over \partial x^{\mu }}={\dot {u}}_{\mu }+{u_{\mu } \over c^{2}{\dot {\varphi }}}\,}

hvor u {\displaystyle u\,}, er den fire-hastighed og dot er en differentieret med hensyn til tid.,

den anden tilgang af Nordstr .m (1913) er husket som den første logisk konsistente relativistiske felt teori tyngdelov nogensinde formuleret., (notation fra Pais ikke Nordström):

δ ∫ ψ d τ = 0 {\displaystyle \delta \int \psi \,d\ \ tau =0\,} d τ 2 = − η μ ν d μ x d x n {\displaystyle {d\tau }^{2}=-\eta _{\mu \nu }\,dx^{\mu }\,dx^{\nu }\,}

hvor ψ {\displaystyle \psi \,} er en skalar felt,

− ∂ T μ ν ∂ x ν = T-1 ψ ∂ ψ ∂ x μ {\displaystyle -{\partial T^{\mu \nu } \over \partial x^{\nu }}=T{1 \over \psi }{\partial \psi \over \delvis x_{\mu }}\,}

Denne teori er, Lorentz invariant, opfylder bevarelse love, korrekt reducerer den Newtonske grænse, og opfylder de svage ækvivalens-princippet.,

Einstein og Fokker (1914)Rediger

denne teori er Einsteins første behandling af gravitation, hvor generel kovarians strengt overholdes. At skrive:

δ ∫ d s = 0 {\displaystyle \delta \int ds=0\,} d s 2 = g μ ν d μ x d x n {\displaystyle {ds}^{2}=g_{\mu \nu }\,dx^{\mu }\,dx^{\nu }\,} g μ ν = ψ 2 η μ ν {\displaystyle g_{\mu \nu }=\psi ^{2}\eta _{\mu \nu }\,}

de vedrører Einstein–Grossmann at Nordström. De angiver også:

T .R. {\displaystyle T\,\propto \,R\,.}

det vil sige, at sporet af stressenergi tensoren er proportional med krumningen af rummet.,

Mellem 1911 og 1915, Einstein udviklede den idé, at gravitation er svarende til acceleration, oprindeligt angivet som ækvivalens princip, i sin generelle relativitetsteori, der er en sammensmeltning af de tre rumdimensioner og en tidsdimension i fire-dimensionelle stof af rumtiden. Det forener imidlertid ikke tyngdekraften med kvanta—individuelle energipartikler, som Einstein selv havde postuleret eksistensen af i 1905.,

Generelt relativityEdit

I den generelle relativitetsteori, virkningerne af gravitation er tilskrevet rumtidens krumning i stedet for til en kraft. Udgangspunktet for generel relativitet er ækvivalensprincippet, som svarer til frit fald med inertiel bevægelse., Det problem, dette skaber, er, at frit faldende genstande kan accelerere i forhold til hinanden. For at tackle denne vanskelighed foreslog Einstein, at rumtiden er buet af stof, og at frit faldende genstande bevæger sig langs lokalt lige stier i buet rumtid. Mere specifikt opdagede Einstein og David Hilbert feltligningerne for generel relativitet, der relaterer tilstedeværelsen af stof og krumning af rumtid. Disse feltligninger er et sæt af 10 samtidige, ikke-lineære differentialligninger., Løsningerne af feltligningerne er komponenterne i den metriske tensor af rumtid, som beskriver dens geometri. De geodesiske stier i rumtiden beregnes ud fra den metriske tensor.bemærkelsesværdige løsninger af Einstein-feltligningerne inkluderer:

• Sch .ar .schild-løsningen, der beskriver rumtid omkring et sfærisk symmetrisk ikke-roterende uladet massivt objekt. For objekter med radier, der er mindre end Sch .ar .schild-radiusen, genererer denne løsning et sort hul med en central singularitet.,
• reissner-Nordstr .m-løsningen, hvor det centrale objekt har en elektrisk ladning. For ladninger med en geometrizeded længde mindre end den geometrizeded længde af massen af objektet, denne løsning frembringer sorte huller med en begivenhedshorisont, der omgiver en Cauchy horisont.
• Kerr-løsningen til roterende massive genstande. Denne løsning producerer også sorte huller med flere horisonter.
• den kosmologiske Robertson-solutionalker-løsning, der forudsiger universets udvidelse.,

generel relativitet har haft stor succes, fordi dens forudsigelser (ikke krævet af ældre tyngdekraftsteorier) regelmæssigt er blevet bekræftet. For eksempel:

• generel relativitet tegner sig for den uregelmæssige perihelion præcession af kviksølv.
• gravitationslinsning blev først bekræftet i 1919 og er for nylig blevet stærkt bekræftet ved brug af en kvasar, der passerer bag Solen set fra jorden.
• universets udvidelse (forudsagt af Robertson–metricalker metrisk) blev bekræftet af Ed .in Hubble i 1929.,
• forudsigelsen af, at tiden løber langsommere ved lavere potentialer, er blevet bekræftet af Pound–Rebka–eksperimentet, Hafele-Keating-eksperimentet og GPS.
• forsinkelse af lys, der passerer tæt på et massivt objekt blev først identificeret af Irwin Shapiro i 1964 i interplanetariske rumfartøjer signaler.
• gravitationsstråling er indirekte bekræftet gennem undersøgelser af binære pulsarer såsom PSR 1913 + 16.,
  • i 2015 opdagede LIGO-eksperimenterne direkte gravitationsstråling fra to kolliderende sorte huller, hvilket gjorde dette til den første direkte observation af både gravitationsbølger og sorte huller.

det antages, at neutronstjernefusion (siden påvist i 2017) og dannelse af sort hul også kan skabe påviselige mængder gravitationsstråling.,

Quantum gravityEdit

Flere årtier efter opdagelsen af den generelle relativitetsteori, blev det klart, at det ikke kan være den fuldstændige teori for tyngdekraften, fordi det er i modstrid med kvantemekanikken. Senere blev det forstået, at det er muligt at beskrive tyngdekraften inden for rammerne af kvantefeltteori som de andre grundlæggende kræfter. I denne ramme opstår den attraktive tyngdekraft på grund af udveksling af virtuelle gravitoner, på samme måde som den elektromagnetiske kraft stammer fra udveksling af virtuelle fotoner., Dette gengiver generel relativitet i den klassiske grænse, men kun på det lineariserede niveau og postulerer, at betingelserne for anvendeligheden af Ehrenfest-sætningen holder, hvilket ikke altid er tilfældet. Desuden fejler denne tilgang på korte afstande af rækkefølgen af Planck længden.

teoretiske modeller som strengteori og loop quantumuantum gravity er aktuelle kandidater til en mulig ‘teori om alt’.