Albert Einstein developed his theory of relativity in papers published in 1905 and 1915. Em 1914, Gunnar Nordström tentou unificar a gravidade e o eletromagnetismo em sua teoria da gravitação de cinco dimensões. Em 1919, a relatividade geral substituiu todos os outros modelos gravitacionais, incluindo as leis de Newton, quando a inclinação gravitacional em torno de um eclipse solar correspondente às equações de Einstein foi observada por Arthur Eddington., Posteriormente, 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 de uma teoria das cordas prototípica, um possível modelo de gravidade quântica e teoria potencial de tudo.

Einstein campo equações incluem uma constante cosmológica para a conta para a alegada staticity 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 firmemente 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 negativo, um conceito mais tarde criado de “energia escura” —encontrado em 2013 para ter composto em torno de 68,3% do início do universo.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., Foi encontrado em 2013 para ter composto 26,8% do universo inicial. Junto com a energia escura, a matéria escura é um outlier na relatividade de Einstein, e uma explicação para seus efeitos aparentes é um requisito para uma teoria bem sucedida de tudo.

In 1957, Hermann Bondi proposed that negative gravitational mass (combined with negative inercial mass) would comply with the strong equivalence principle of general relativity and Newton’s laws of motion. A prova de Bondi rendeu soluções sem singularidades para as equações da relatividade.,as primeiras teorias da gravidade tentaram explicar órbitas planetárias (Newton) e órbitas mais complicadas (por exemplo, Lagrange). Depois vieram as tentativas mal sucedidas de combinar a gravidade e as teorias da onda ou corpuscular da gravidade. Toda a paisagem da física foi alterada com a descoberta das transformações de Lorentz, e isso levou a tentativas de reconciliá-la com a gravidade. At the same time, experimental physicists started testing the foundations of gravity and relativity-Lorentz invariance, the gravitational deflection of light, the Eötvös experiment., Estas considerações levaram ao desenvolvimento da relatividade geral.no final do século XIX, muitos tentaram combinar a lei da força de Newton com as leis estabelecidas da eletrodinâmica, como as de Weber, Carl Friedrich Gauss, Bernhard Riemann e James Clerk Maxwell. Esses modelos foram usados para explicar a precessão do periélio de mercúrio. Em 1890, Lévy conseguiu fazê-lo combinando as leis de Weber e Riemann, em que a velocidade da gravidade é igual à velocidade da luz em sua teoria., E em outra tentativa, Paul Gerber (1898) até conseguiu derivar a fórmula correta para a mudança do periélio (que era idêntica àquela fórmula mais tarde usada por Einstein). No entanto, como as leis básicas de Weber e outras estavam erradas (por exemplo, a lei de Weber foi substituída pela teoria de Maxwell), essas hipóteses foram rejeitadas. In 1900, Hendrik Lorentz tried to explain gravity on the basis of his Lorentz ether theory and The Maxwell equations., Ele assumiu, como Ottaviano Fabrizio Mossotti e Johann Karl Friedrich Zöllner, que a atração de partículas carregadas opostas é mais forte do que a repulsão de partículas carregadas iguais. A força líquida resultante é exatamente o que é conhecido como gravitação universal, em que a velocidade da gravidade é a da luz. Mas Lorentz calculou que o valor para o avanço do periélio de Mercúrio era muito baixo.no final do século XIX, Lord Kelvin ponderou a possibilidade de uma teoria de tudo., Ele propôs que todos os corpos pulsam, o que pode ser uma explicação de gravitação e cargas elétricas. No entanto, as suas ideias eram em grande parte mecanicistas e exigiam a existência do éter, que a experiência de Michelson–Morley não detectou em 1887. Isto, combinado com o princípio de Mach, levou a modelos gravitacionais que apresentam ação à distância.,

Lorentz-invariantes modelos (1905-1910)Editar

com Base no princípio da relatividade, Henri Poincaré (1905, 1906), Hermann Minkowski (1908), e Arnold Sommerfeld (1910), tentou modificar a teoria de Newton e estabelecer um invariante de Lorentz gravitacional lei, em que a velocidade da gravidade é que a da luz. Como no modelo de Lorentz, o valor para o avanço do periélio de Mercúrio era muito baixo.,Einstein (1905, 1908, 1912)Edit

In 1905, Albert Einstein published a series of papers in which he established the special theory of relativity and the fact that mass and energy are equivalent. Em 1907, no que ele descreveu como “o pensamento mais feliz da minha vida”, Einstein percebeu que alguém que 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 de 1908) é realmente importante apenas por razões históricas., Nessa altura ele já sabia do desvio gravitacional para o vermelho e da deflexão da luz. He had realized that Lorentz transformations are not generally applicable, but retained them. A teoria afirma que a velocidade da luz é constante no espaço livre, mas varia na presença da matéria. A teoria só era esperada quando a fonte do campo gravitacional estivesse estacionária., Ele inclui o princípio da mínima ação:

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 e Grossmann inclui Riemaniano geometria e cálculo tensorial.

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 }\,}

As equações de electrodynamics corresponder exatamente aos da relatividade geral., A equação

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

não está na relatividade geral. Expressa o tensor de tensão-energia em função da densidade da matéria.Abraham (1912)editar

Enquanto isso estava acontecendo, Abraham estava desenvolvendo um modelo alternativo de gravidade em que a velocidade da luz depende da força do campo gravitacional e assim é variável em quase todos os lugares. A revisão de Abraham em 1914 dos modelos de gravitação é considerada excelente, mas seu próprio modelo era pobre.,

Nordström (1912)Edit

The first approach of Nordström (1912) was to retain the Minkowski metric and a constant value of c {\displaystyle C\,} but to let mass depend on the gravitational field strength φ {\displaystyle \varphi \,} ., Permitindo que este campo de força para satisfazer

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

onde ρ {\displaystyle \rho \,} é o descanso de massa, energia e ◻ {\displaystyle \Caixa \,} é o d’Alembertiano,

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

e

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

, onde u {\displaystyle u\,} é o de quatro velocidades e o ponto é um diferencial com relação ao tempo.,

A segunda abordagem de Nordström (1913) é lembrada como a primeira teoria de campo relativista logicamente consistente já formulada., (a notação de Pais não 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 }\,}

onde ψ {\displaystyle \psi \,} é um campo escalar,

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

Esta é a teoria de Lorentz invariantes, satisfaz as leis de conservação, corretamente reduz o limite Newtoniano e satisfaz os fracos princípio da equivalência.,

Einstein and Fokker (1914)Edit

this theory is Einstein’s first treatment of gravitation in which general covariance is strictly obeyed. Escrever:

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 }\,}

eles se relacionam com Einstein–Grossmann para Nordström. Eles também afirmam:

T ∝ R. \ \ displaystyle T\,\propto \, R\,. isto é, 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 da equivalência, em sua Teoria Geral da relatividade, que funde as três dimensões do espaço e a uma dimensão do Tempo no tecido tridimensional do espaço-tempo. No entanto, não unifica a gravidade com partículas quanta—individuais de energia, que o próprio Einstein tinha postulado a existência de em 1905.,

Geral relativityEdit

Na relatividade geral, os efeitos da gravitação são atribuídos ao espaço-tempo com curvatura em vez de uma força. O ponto de partida para a relatividade geral é o princípio de equivalência, que iguala queda livre com movimento inercial., A questão que isso cria é que os objetos em queda livre podem acelerar em relação uns aos outros. Para lidar com esta dificuldade, Einstein propôs que o espaço-tempo é curvado pela matéria, e que objetos em queda livre estão se movendo ao longo de caminhos localmente retos no espaço-tempo curvado. Mais especificamente, Einstein e David Hilbert descobriram as equações de campo da relatividade geral, que relacionam a presença de matéria e a curvatura do espaço-tempo. Estas equações de campo são um conjunto de 10 equações diferenciais simultâneas, não-lineares., As soluções das equações de campo são os 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 solução de Schwarzschild, que descreve o espaço-tempo em torno de um objeto massivo esférico simétrico não-rotativo não-carregado. Para objetos com raios menores que o raio de Schwarzschild, esta solução gera um buraco negro com uma singularidade central.,a solução Reissner–Nordström, na qual o objeto central tem uma carga elétrica. Para cargas com um comprimento geometrizado menor que o comprimento geometrizado da massa do objeto, esta solução produz buracos negros com um horizonte de eventos em torno de um horizonte de Cauchy.
• A solução de Kerr para objetos massivos rotativos. Esta solução também produz buracos negros com vários horizontes.
• a solução cosmológica Robertson-Walker, que prevê a expansão do universo.,

relatividade geral tem tido muito sucesso porque suas previsões (não chamadas por teorias mais antigas da gravidade) têm sido regularmente confirmadas. For example:

• General relativity accounts for the anomalous perihelion precession of Mercury. a lente gravitacional foi confirmada pela primeira vez em 1919, e mais recentemente foi fortemente confirmada através do uso de um quasar que passa por trás do sol visto da Terra.a expansão do universo (prevista pela métrica Robertson–Walker) foi confirmada por Edwin Hubble em 1929.,
• a previsão de que o tempo corre mais devagar em potenciais mais baixos foi confirmada pelo experimento Pound–Rebka, o experimento Hafele–Keating, e o GPS.o atraso temporal da luz que passava perto de um objeto maciço foi identificado pela primeira vez por Irwin Shapiro em 1964 em sinais de naves espaciais interplanetárias.a radiação gravitacional foi confirmada indiretamente através de estudos de pulsares binários como PSR 1913+16.,em 2015, os experimentos LIGO detectaram diretamente a radiação gravitacional de dois buracos negros colidindo, fazendo desta a primeira observação direta de ondas gravitacionais e buracos negros. acredita-se que fusões de Estrelas de nêutrons (desde detectada em 2017) e formação de buracos negros também podem criar quantidades detectáveis de radiação gravitacional.,
  

  Quantum gravityEdit

  Main article: Quantum gravity

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