Albert Einstein utviklet sin relativitetsteori i artikler publisert i 1905 og 1915. I 1914, Gunnar Nordström forsøkte å forene gravitasjon og elektromagnetisme i hans teori om fem-dimensjonale gravitasjon. I 1919, generell relativitetsteori erstattet alle andre gravitasjons-modeller, inkludert Newtons lover, når gravitasjonsfelt brytningen rundt en solformørkelse matchende Einsteins ligninger ble observert av Arthur Eddington., Deretter, tysk matematiker Theodor Kaluza fremmet ideen om generell relativitetsteori med en femte dimensjon, som i 1921 svensk fysiker Oskar Klein ga en fysisk tolkning av i en prototypical streng teori, en mulig modell av quantum gravity og potensielle teorien om alt.

Einsteins feltet ligninger inkluderer en kosmologisk konstant høyde for den påståtte staticity av universet. Imidlertid, Edwin Hubble observert i 1929 at universet ser ut til å være voksende., Av 1930-årene, Paul Dirac utviklet hypotesen om at gravitasjon bør sakte og jevnt nedgang i løpet av historien til universet. Alan Guth og Alexei Starobinsky foreslått i 1980 at kosmisk inflasjon i de tidlige universet kan ha vært drevet av et negativt press-feltet, et konsept senere kaller «mørk energi» —som i 2013 for å ha komponert rundt 68.3% av de tidlige universet.

I 1922, Jacobus Kapteyn foreslått eksistensen av mørk materie, en usynlig kraft som beveger stjernene i galaksene ved høyere hastigheter enn tyngdekraften alene står for., Det ble funnet i 2013 for å ha bestått 26.8% av de tidlige universet. Sammen med mørk energi, mørk materie er en outlier i Einsteins relativitetsteori, og en forklaring for sine åpenbare virkninger er en forutsetning for en vellykket teorien om alt.

I 1957, Hermann Bondi foreslått at negative gravitasjonsfelt masse (kombinert med negative treghet i masse) ville være i samsvar med den sterke ekvivalens prinsippet om generell relativitetsteori og Newtons bevegelseslover. Bondi er bevis gitt singularitet-frie løsninger for relativitetsteorien ligninger.,

Tidlige teorier om tyngdekraften forsøkte å forklare planetenes baner (Newton) og mer kompliserte baner (f.eks. Lagrange). Så kom mislykkede forsøk på å kombinere alvor og verken bølge eller corpuscular teorier av tyngdekraften. Hele landskapet i fysikk ble endret med oppdagelsen av Lorentz transformasjoner, og dette førte til forsøk på å forene det med tyngdekraften. På samme tid, eksperimentelle fysikere begynte å teste grunnlaget for tyngdekraften og relativitetsteorien – Lorentz invarians, gravitasjons utslag av lys, Eötvös eksperiment., Disse hensynene førte til og forbi utvikling av generelle relativitetsteori.

Elektrostatisk modeller (1870-1900)Edit

På slutten av det 19. århundre, og mange prøvde å kombinere Newtons kraft lov med de etablerte lover electrodynamics, som de av Weber, Carl Friedrich Gauss, Bernhard Riemann og James Clerk Maxwell. Disse modellene ble brukt for å forklare perihelion precession av Kvikksølv. I 1890, Lévy lyktes i å gjøre det ved å kombinere de lover og Weber og Riemann, der hastighet og gravitasjon er lik lysets hastighet i sin teori., Og i et annet forsøk, Paul Gerber (1898) selv lyktes i å derivere den riktige formelen for Perihelion skift (som var identisk formel senere brukt av Einstein). Imidlertid, fordi de grunnleggende lovene i Weber og andre var feil (for eksempel, Weber ‘s lov ble erstattet av Maxwell’ s teori), de hypotesene som ble forkastet. I 1900, Hendrik Lorentz prøvde å forklare tyngdekraften på grunnlag av hans Lorentz ether teori og Maxwell ligninger., Han antok, som Ottaviano Fabrizio Mossotti og Johann Karl Friedrich gjelder zllner, at tiltrekning til motsatt ladede partikler er sterkere enn frastøting av lik ladde partikler. Den resulterende netto kraft som er akkurat det som er kjent som universell gravitasjon, som hastighet og gravitasjon er at av lys. Men Lorentz beregnet at verdien for perihelion forkant av Kvikksølv var altfor lave.

I slutten av det 19. århundre, Lord Kelvin tenkte seg muligheten av en teori om alt., Han foreslo at hver kroppen blinker, noe som kan være en forklaring av gravitasjon og elektriske ladninger. Men hans ideer ble i stor grad mekanistiske og nødvendig for eksistensen av aether, som Michelson–Morley eksperimentet ikke klarte å oppdage i 1887. Dette, kombinert med Mach ‘ s prinsipp, førte til gravitasjonsfelt modeller som har handling i en avstand.,

Lorentz-invariant modeller (1905-1910)Edit

Basert på prinsippet om relativitetsteorien, Henri Poincaré (1905, 1906), Hermann Minkowski (1908), og Arnold Sommerfeld (1910) prøvde å endre Newtons teori og til å etablere et Lorentz invariant gravitasjonsfelt lov, som hastighet og gravitasjon er at av lys. Som i Lorentz ‘ s modell, verdien for perihelion forkant av Kvikksølv var altfor lave.,

Einstein I 1905, 1908, 1912)Edit

I 1905, Albert Einstein publiserte en serie artikler der han etablerte den spesielle relativitetsteorien og det faktum at masse og energi er ekvivalente. I 1907, i det han beskrev som «den lykkeligste tenkte i mitt liv», Einstein innså at noen som er i fritt fall opplevelser uten gravitasjonsfelt. Med andre ord, gravitasjon er nøyaktig tilsvarende akselerasjon.

Einstein ‘ s to-en del publisering i 1912 (og før i 1908) er egentlig bare viktig for historiske årsaker., Da han visste av gravitasjons «rødforskyvning» og knekning av lys. Han hadde innsett at Lorentz transformasjoner er generelt ikke aktuelt, men beholdt dem. Teorien sier at lysets hastighet er konstant i ledig plass, men varierer i nærvær av saken. Teorien var bare ventes å holde seg når kilden av gravitasjonsfelt er i ro., Det inkluderer prinsippet om minst følgende:

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

Einstein og Grossmann har Riemannian geometri og tensoren kalkulus.

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

Den ligninger av electrodynamics passer nøyaktig til de generelle relativitetsteori., Ligningen

T μ ν = ρ d x ĩ d τ d x ν d τ {\displaystyle T^{\mu \nu }=\rho {dx^{\mu } \over d\tau }{dx^{\nu } \over d\tau }\,}

er ikke i generell relativitetsteori. Det uttrykker stress–energi tensoren som en funksjon av saken tetthet.

Abraham (1912)Edit

Mens dette foregikk, Abraham var å utvikle en alternativ modell av tyngdekraften som lysets hastighet avhenger av gravitasjonsfelt styrke og så er variabel nesten overalt. Abrahams 1914 gjennomgang av gravitasjon modeller sies å være utmerket, men hans egen modell var dårlig.,

Nordström (1912)Edit

første tilnærming av Nordström (1912) var å beholde Minkowski metriske og en konstant verdi av c {\displaystyle c\,}, men å la massen avhenger av gravitasjonsfelt styrke φ {\displaystyle \varphi \,} ., La dette feltet styrke til å tilfredsstille

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

hvor ρ {\displaystyle \rho \,} er resten masse energi og ◻ {\displaystyle \Boksen \,} 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 -{\delvis \varphi \over \delvis x^{\mu }}={\dot {u}}_{\mu }+{u_{\mu } \over c^{2}{\dot {\varphi }}}\,}

hvor u {\displaystyle u\,} er fire-hastighet og prikken er en forskjellsbehandling med hensyn til tid.,

Den andre tilnærmingen av Nordström (1913) er husket som den første logisk konsistent relativistiske feltet teori om gravitasjon noen gang formulert., (notasjon 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 ν {\displaystyle {d\tau }^{2}=-\eta _{\mu \nu }\,dx^{\mu }\,dx^{\nu }\,}

hvor ψ {\displaystyle \psi \,} er en skalar-feltet,

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

Denne teorien er Lorentz invariant, tilfredsstiller de bevaringslover, riktig reduserer til Newtonsk limit og tilfredsstiller de svake ekvivalens prinsippet.,

Einstein og Fokker (1914)Edit

Denne teorien er Einsteins første behandling av gravitasjon som generelt covariance er strengt overholdes. Du skriver:

δ ∫ d s = 0 {\displaystyle \delta \int ds=0\,} d s 2 = g μ ν d μ x d x ν {\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 forholder seg Einstein–Grossmann å Nordström. De uttaler også:

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

det er spor av stress energi tensoren er proporsjonal med krumning av rommet.,

Mellom 1911 og 1915, Einstein utviklet ideen om at gravitasjon er tilsvarende til akselerasjon, som i utgangspunktet er oppgitt som ekvivalens prinsippet i sin generelle relativitetsteori, som forener de tre dimensjonene av rommet og en dimensjon av tid til fire-dimensjonale stoff av romtid. Men det betyr ikke forene tyngdekraften med quanta—individuelle partikler av energi, som Einstein selv hadde postulerte eksistensen av i 1905.,

Generelle relativityEdit

I generell relativitetsteori, effekten av gravitasjon er tilskrevet romtid kurvatur i stedet for en kraft. Utgangspunktet for generelle relativitetsteorien er den ekvivalens prinsippet, som tilsvarer et fritt fall med treghet i bevegelse., Problemet som dette skaper, er at gratis-fallende gjenstander kan akselerere med hensyn til hverandre. For å håndtere denne situasjonen, Einstein foreslo at rom og tid er buet av saken, og at fallende gjenstander beveger seg langs lokalt på rette veier i krum romtid. Mer spesifikt, Einstein og David Hilbert oppdaget feltet ligninger generell relativitetsteori, som er knyttet til tilstedeværelse av saken og krumning av romtid. Disse feltet ligningene er et sett av 10 samtidige, ikke-lineær, differensialligninger., Løsningene av feltet ligningene er komponentene av den metriske tensoren av romtid, som beskriver sin geometri. Den geodesic stier av romtid er beregnet ut fra den metriske tensoren.

Bemerkelsesverdige løsninger av Einstein feltet ligninger inkluderer:

• Schwarzschild-løsning, som beskriver romtid rundt en sfærisk symmetrisk ikke-roterende ladet massive objektet. Etter objekter med radius mindre enn Schwarzschild radius, denne løsningen genererer et svart hull med en sentral singularitet.,
• Reissner–Nordström løsning, der det sentrale objektet har en elektrisk ladning. For kostnader med en geometrized lengde mindre enn geometrized lengde av massen til objektet, vil denne løsningen gir svart hull med et event horizon rundt en Cauchy horisonten.
• Kerr løsning for roterende massive objekter. Denne løsningen gir også sorte hull med flere horisonter.
• Den kosmologiske Robertson–Walker løsning, som spår at utvidelsen av universet.,

Generell relativitetsteori har hatt mye suksess på grunn av sin spådommer (ikke kalles for av eldre teorier om gravitasjon) har vært regelmessig bekreftet. For eksempel:

• Generell relativitetsteori regnskapet for avvikende perihelion precession av Kvikksølv.
• Gravitasjonsfelt brytningen ble først bekreftet i 1919, og har mer nylig blitt sterkt bekreftet gjennom bruk av en quasar som går bak Solen som sett fra Jorden.
• utvidelsen av universet (spådd av Robertson–Walker metrisk) ble bekreftet av Edwin Hubble i 1929.,
• prediksjon om at tiden går langsommere ved lavere potensial har blitt bekreftet av Pund–Rebka eksperiment, den Hafele–Keating eksperiment, og GPS.
• tidsavbrudd for lys som passerer nær et massivt objekt ble først identifisert av Irwin Shapiro i 1964 i interplanetarisk romfartøy signaler.
• Gravitasjonsfelt stråling har vært indirekte bekreftet gjennom studier av binære nøytronstjerner som PSR 1913+16.,
  • I 2015, de LIGO eksperimenter direkte oppdaget gravitasjonsfelt stråling fra to kolliderende sorte hull, noe som gjør dette til den første direkte observasjon av både gravitasjonsbølger og sorte hull.

Det antas at nøytron-stjerners fusjoner (siden oppdaget i 2017) og svart hull formasjon kan også opprette detekterbare mengder av gravitasjons-stråling.,

Quantum gravityEdit

Flere tiår etter oppdagelsen av generell relativitetsteori, det ble innsett at det ikke kan være fullstendig teori om gravitasjon, fordi det er i strid med kvantemekanikken. Det ble senere forstått at det er mulig å beskrive alvoret i rammen av quantum field theory som de andre fundamentale kreftene. I dette rammeverket, attraktive tyngdekraften oppstår på grunn av utveksling av virtuelle gravitoner, på samme måte som elektromagnetisk kraft oppstår fra utveksling av virtuelle fotoner., Dette gjengir de generelle relativitetsteori i den klassiske grensen, men bare på linearized nivå, og å postulere at vilkårene for anvendelse av Ehrenfest teoremet holder, som ikke alltid er tilfelle. Videre, denne metoden mislykkes på korte avstander til rekkefølgen av Planck-lengde.

Teoretiske modeller som streng teori og loop quantum gravity er aktuelle kandidater for en mulig » teorien om alt.