¿Cuál es la diferencia entre la gravedad según Newton y la gravedad según Einstein?

Answer 1

La ley de Newton de la gravitación universal, propuesta en el siglo XVII: cada objeto en el universo atrae a todos los demás objetos con una fuerza dirigida a lo largo de la línea de centros para los dos objetos que es proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de La separación entre los dos objetos. Aproximadamente 300 años después, Einstein propuso una teoría alternativa de la gravedad con una explicación diferente de la Ley Universal de Gravitación de Newton. Einstein no creía que la gravedad fuera una fuerza; sugirió que era una distorsión en la forma de “espacio-tiempo”

En física, aprendemos que si no hay fuerzas externas en acción, un objeto siempre viajará en línea recta. En consecuencia, sin una fuerza externa, dos objetos que viajan a lo largo de caminos paralelos siempre permanecerán paralelos. Ellos nunca se encontrarán. ¿Derecha? Incorrecto. Ellos se encuentran Las partículas que comienzan su movimiento en caminos paralelos a veces terminan chocando entre sí. La teoría de Newton dice que esto puede ocurrir debido a la gravedad, una fuerza que atrae a esos objetos entre sí. Einstein acepta que esto ocurre debido a la gravedad, pero en su teoría, la gravedad no es una fuerza. Es una curva en el espacio-tiempo.

Según Einstein, esos objetos todavía viajan a lo largo de una línea recta, pero debido a una distorsión en el espacio-tiempo, la línea recta se encuentra ahora a lo largo de un camino esférico. Entonces, dos objetos que se movían a lo largo de un plano se mueven ahora a lo largo de un plano esférico. Y dos caminos rectos a lo largo de esa esfera terminan en un solo punto.

Answer 2

Para Newton, la gravedad es una fuerza de “acción a distancia”. Dos cuerpos ejercen fuerzas gravitacionales entre sí debido a un mecanismo misterioso e inexplicable. Si tenemos dos cuerpos, y uno mueve uno de ellos, el otro reconoce instantáneamente esto como un cambio en la fuerza que se está ejerciendo. Pero, ¿qué es exactamente la mediación de esta fuerza? ¿Cómo se transmite la información? Esto es realmente espeluznante y, de hecho, Newton dijo que ” la causa de la gravedad es lo que no pretendo saber”.

Para Einstein, por otro lado, la gravedad es una consecuencia de las propiedades geométricas del espacio-tiempo. La masa y la energía dictan la forma en que el espacio-tiempo debería deformarse. La teoría de la relatividad general de Einsteins se formula en el lenguaje de la geometría riemanniana. La masa y la energía distorsionan la geometría, y un objeto como un satélite se ve obligado a tener una trayectoria particular debido a esta geometría.

Puede que quieras pensar en ello como si fueras una hormiga. Al principio, estás caminando sobre algo plano como un piso. La geometría en este caso se llama euclidiana. Entonces, algo sucede a tu alrededor, por lo que ya no estás caminando en un piso plano, sino en la superficie de una esfera. Las trayectorias que sigue deben ser diferentes aquí, ya que la geometría de la superficie de la esfera es intrínsecamente diferente de la de una superficie plana. Por supuesto, en el caso del espacio tiempo, las trayectorias son de 4 dimensiones y no es realmente útil querer visualizarlas.

Entonces, para resumir los puntos clave, al hacer cálculos en la teoría de Newton, normalmente solo escribe sus leyes de fuerza y ​​calcula las ecuaciones diferenciales que podrían definir las trayectorias (como el movimiento planetario, etc.). La fuerza es controlada por las masas y la distancia euclidiana entre los objetos.

En el caso de la relatividad general de Einstein, uno suele comenzar por pensar cómo un objeto como una estrella o un agujero negro podría cambiar la geometría del espacio-tiempo, juzgando la veracidad de esto por ciertos criterios como la simetría esférica, la simetría de traslación del tiempo, etc. esta posible geometría resuelve las ecuaciones diferenciales de GR, que definen la relación entre la energía y la masa en un lado y la geometría en el otro. Si ha resuelto las ecuaciones diferenciales, ahora puede verificar propiedades agradables como cantidades conservadas, trayectorias, etc.

En conclusión (TL; DR), la teoría de Einstein es una teoría geométrica y la teoría de Newton, en cambio, no se basa en la geometría sino en el sentido común: los objetos pesados ​​ejercen más gravedad, la gravedad es menor a medida que estos objetos se vuelven más separados.

Answer 3

La diferencia principal entre la gravedad calculada por Newton y la gravedad calculada por Einstein es que el cálculo de Einstein tiene en cuenta los límites del espacio-tiempo. Entonces, ¿cuáles son los límites y cómo afectan los cálculos?

La gravedad de Newton supuso que el espacio-tiempo no tenía restricciones, el espacio era plano, el espacio euclidiano, el tiempo era un baterista rígido con el mismo ritmo para todos, la velocidad de la luz (que estaba en proceso de ser durante la vida de Newton) era infinita (o al menos no se tuvo en cuenta la restricción de la velocidad de la luz en la gravedad de Newton). Esto significó, por ejemplo, que las masas utilizadas para los cálculos gravitacionales en la gravedad newtoniana podrían tratarse como masas puntuales, ya que la capacidad de masa / energía del espacio no tenía restricciones.

La gravedad de Einstein tiene la restricción de la velocidad de la luz. Las masas utilizadas para los cálculos gravitacionales en la Relatividad General están, por ejemplo, sujetas al cálculo del radio de Schwarzschild. Cualquier masa según Schwarzschild solo puede comprimirse hasta el momento antes de que haya utilizado toda la capacidad de energía del espacio-tiempo que ocupa y, por lo tanto, se convierte en un agujero negro. El cálculo de Schwarzschild está relacionado, por supuesto, con la velocidad de la luz, ya que la velocidad de escape de un agujero negro es mayor o igual a la velocidad de la luz.

La mayor diferencia entre la gravedad de Newton y la gravedad de Einstein es que la gravedad de Einstein dobla la luz. La gravedad de Newton es una fuerza y ​​una fuerza, según las propias leyes de Newton no pueden tener un efecto en un objeto sin masa. La luz no tiene masa. Según Newton, Fuerza = masa * aceleración o Aceleración = Fuerza / masa, si la masa es cero como lo es para la luz, una fuerza no debe tener impacto y la luz no debe doblarse debido a la fuerza de la gravedad. El GR de Einstein dice que lo que percibimos como gravedad, es realmente una curva o curvatura del espacio-tiempo y la luz sigue la curvatura del espacio-tiempo.

Answer 4

La mecánica newtoniana tiene 3 problemas (en realidad más, pero a la pregunta).

1. A medida que la distancia entre los centros de masa se reduce a cero, la fuerza se vuelve ilimitada, lo que no es bueno para ninguna realidad física. Einstein sustituyó un volumen con energía y un gran impulso a un éter gravitacional (más tarde llamado “espacio”).
2. Newton requirió “acción a distancia”, Einstein tenía un éter (espacio). Newton en su libro “Optiks” sugirió un medio que alcanzó (viajó más rápido que) la luz para dirigir el camino del corpúsculo. Él sugirió que esto podría ser la fuente de gravedad. Pero esto deja la velocidad de la onda de gravedad como un problema para el sistema solar y una dinámica más grande.
3. Newton tuvo dificultad con 3 o más cuerpos en los cálculos. Las consideraciones de volumen de Einstein eliminaron este problema.
4. El enfoque de Einstein es tan complicado que se necesitaba cierta simplificación. Riemann sugirió que un parámetro como un parámetro de espacio podría eliminarse mediante una transformación a coordenadas irreales. GR es todavía muy complejo sobre la simplicidad newtoniana.

Answer 5

En breve respuesta, la gravedad de Newton se basa en una fuerza debida a un campo gravitatorio que se debe a una masa masiva, tiene una fuerza que afecta a cualquier otra masa dentro de su dominio, esta fuerza es transportada o mediada por un bosón llamado gravitón, esta es la La imagen clásica de la gravedad en la pequeña escala no toma en cuenta la relatividad especial, i, e, la velocidad es v << C, la velocidad de la luz. Pero la relatividad general es la teoría más general aplicada a gran escala universal, escala astronómica, donde el espacio-tiempo representa una tela que está curvada debido a la tensión de la energía - tensor del momento Tuv, por lo que los objetos celestes se mueven alrededor de otros a través de esta curvatura, sin la fuerza de Newton clásica, por lo que la gravedad de Newton es un límite para GR donde Tuv - -> densidad de masa.

Answer 6

Isaac Newton fue un genio matemático y calculó todos los aspectos de la gravedad con una precisión increíble, excepto por la causa. Especuló que era algún tipo de fuerza lo que mantenía todo en el universo como debería ser. Lo llamó tirón gravitatorio, pero incluso Newton no estaba satisfecho con esta explicación.

Albert Einstein era un físico teórico, y aunque Isaac Newton era su héroe, no creía que Newton estuviera en lo cierto acerca de la causa de la gravedad. En la Teoría de la Relatividad General de 1915 de Einstein , Einstein explicó que la gravedad era causada por la deformación del espacio alrededor de objetos de gran masa en el universo. El espacio realmente se curvaba alrededor de los planetas y los soles, y esta curvatura del espacio nos empuja hacia la Tierra, no como lo pensaba Newton.

La teoría de Einstein se comprobó en 1919 y nuevamente en 1921 con la ayuda del renombrado astrónomo, físico y matemático inglés Arthur Eddington. Desde entonces ha sido probado de nuevo muchas veces.

Answer 7

Einstein es más fuerte, en cierto sentido.
Si tomamos un caso de objeto masivo esférico simétrico no giratorio, entonces el potencial gravitatorio a su alrededor será algo así como
[math] V (r) = \ frac {1} {2} – \ frac {GM} {r} + \ frac {L ^ 2} {2 r ^ 2} – \ frac {GML ^ 2} {r ^ 3} [/ math]
donde M es la masa (de un agujero negro o una estrella), L es el momento angular de otro cuerpo para el que estamos buscando una órbita, G es la constante gravitatoria. (y la velocidad de la luz aquí es 1)
Aquí, el primer término es solo una constante, el segundo es el potencial gravitacional clásico de Newton, el tercer término es la contribución del momento angular (es el mismo para los casos de Newton y Einstein) y el último término es la contribución de la relatividad general, está presente en GR pero falta en La ley de Newton para la gravedad.

Este último término es muy pequeño para r grande (lejos de estrellas y agujeros negros), por lo que la ley de Newton funciona bastante bien allí, pero a medida que te acercas a la estrella / agujero negro, su influencia crece y la diferencia entre las predicciones de Newton y Einstein crece a medida que bien. Por ejemplo, GR predice que no hay órbitas circulares estables más cercanas a 6GM / c ^ 2, y una partícula de luz sin masa puede orbitar un agujero negro en el radio 3GM / c ^ 2.

Answer 8

Por favor, perdona las matemáticas, pero la mejor manera de explicar la diferencia es a través de una simple ecuación.

La ecuación de Newton para la fuerza del campo gravitatorio está dada por

[math] g = – \ displaystyle \ frac {GM} {r ^ 2}, [/ math]

donde [math] g [/ math] es la aceleración gravitacional, [math] G \ simeq 6.67 \ times 10 ^ {- 11} ~ {\ rm m} ^ 3 / {\ rm kg} / {\ rm s} ^ 2 [/ math] es la constante de Newton para la gravedad, [math] M [/ math] es la masa de la fuente gravitacional (por ejemplo, la Tierra) y [math] r [/ math] es la distancia desde esa fuente (por ejemplo, nuestra distancia del centro de la Tierra.) De hecho, si arrojo algunos números para la Tierra: [math] M \ simeq 6 \ times 10 ^ {24} ~ {\ rm kg} [/ math], [math] r = 6.37 \ veces 10 ^ 6 ~ {\ rm m} [/ math], y usar una calculadora científica, puedo calcular rápidamente [math] g = -9.86 ~ {\ rm m} / {\ rm s} ^ 2 [/ math], que está “lo suficientemente cerca” de los valores reales observados en varios lugares de la Tierra. (Por supuesto, este cálculo se puede hacer de manera mucho más precisa. El signo negativo, por cierto, indica que la aceleración es hacia la fuente, no lejos de ella).

En la relatividad general, esta sencilla fórmula se modifica:

[math] g = – \ displaystyle \ frac {GM} {r ^ 2} + \ frac {4} {c ^ 2} \ frac {(GM) ^ 2} {r ^ 3} +… [/ math]

dando como resultado la corrección minúscula de cerca de [math] 2.75 \ times 10 ^ {- 8} ~ {\ rm m} / {\ rm s} ^ 2 [/ math] en el valor de la aceleración gravitacional.

Esta pequeña corrección realmente no se puede medir aquí en la Tierra, ya que hay muchas otras cosas que influyen localmente en la gravedad. Pero, al calcular las órbitas de precisión, como las órbitas de los satélites GPS, esta pequeña corrección debe tenerse en cuenta para lograr la precisión requerida.

Answer 9

Para Newton, la gravedad es una fuerza física real. Más precisamente, es una acción a una fuerza de distancia como otra respuesta ha señalado. La ley de gravitación de Newton no contiene tiempo, así que cuando coloco mi sombrero en mi oficina, la galaxia de Andrómeda lo sabe al mismo tiempo.

Para Einstein, la gravedad no es una fuerza en absoluto. A nivel local, se puede interpretar como una pseudo fuerza, como las fuerzas centrífugas y de Coriolis, todas las cuales son el efecto de una identificación errónea de cuáles marcos locales son inerciales. Más esencialmente, es un efecto que es la consecuencia de la curvatura del espacio-tiempo, que hace que las ecuaciones diferenciales que definen un marco inercial global no sean integrables. Esto significa que los marcos de inercia locales no pueden parchearse para formar un marco global que es inercial.

Answer 10

Lo que llamamos gravedad es una fuerza, eso es básico, todos lo sabemos. Sería, entonces, importante definir qué es una fuerza. Ni Newton, ni Einstein, ni la Física lo hacen. Ambos autores construyeron ecuaciones a partir del comportamiento y los efectos de los fenómenos físicos, asignando una causalidad a la fuente de estos fenómenos, lo cual, en términos ontológicos, no es el caso. Las fuerzas no causan, las fuerzas determinan: causa y determinación son conceptos distintos. Las fuerzas imponen reglas de estructura / leyes, las fuerzas determinan, las fuerzas imponen límites a: el “poder puede ser”, el “poder puede hacer” …

Answer 11

Para mí, la principal diferencia es que la teoría de Newton se basa en una velocidad de luz instantánea, de Einstein se basa en una velocidad de luz finita.

Ambas son teorías de la relatividad, pero solo la segunda es consistente con una velocidad finita de la luz. (Por velocidad de la luz también me refiero a la velocidad máxima de cualquier comunicación, incluidos los cambios en la gravedad de un objeto).

Answer 12

También hay un factor de escala. La gravedad newtoniana funciona bien en las escalas con las que pudo estudiar y trabajar. No funciona demasiado bien en la escala macro, universal, y creo que también tiene problemas en la escala micro, cuántica.

La relatividad general funciona a escala macro. Entonces, básicamente, si estás estudiando algo en la Tierra, Newtoniano probablemente funcionará bien. Quieres estudiar las distorsiones espacio-temporales de un agujero negro súper masivo, ve con la relatividad.