Edad de oro de la relatividad general

La edad de oro de la relatividad general  es el período comprendido aproximadamente entre 1960 y 1975, durante el cual la investigación en relatividad general , anteriormente considerada un área interesante pero lejos de la práctica, entró en la corriente principal de la física teórica . Durante este período, se introdujeron muchos conceptos y términos que revolucionaron nuestra comprensión de la naturaleza del universo en el que vivimos. Entre estos conceptos se encuentran los agujeros negros y las singularidades espacio-temporales . Al mismo tiempo , la cosmología entra en la categoría de ciencias físicas serias , y la teoría del Big Bang se vuelve generalmente aceptada. Se considera que el final de la edad de oro es el descubrimiento de la radiación de Hawking por parte de Stephen Hawking .

Cambio de paradigma

Durante la edad de oro de la relatividad general , hubo varios cambios de paradigma en la cosmovisión científica. El primer y más importante cambio es que la teoría del Big Bang se convierte en el modelo cosmológico aceptado. Otros paradigmas clave incluyen el reconocimiento de los siguientes conceptos:

• El papel de la curvatura en la relatividad general;
• La importancia teórica de los agujeros negros ;
• La importancia de utilizar el aparato geométrico, la diferencia entre la estructura local del espacio-tiempo y la estructura global del continuo espacio-tiempo;
• Reconocimiento de la cosmología como ciencia física.

La Edad de Oro vio el surgimiento de la primera teoría seria que desafiaba la relatividad general, la teoría de Brans-Dicke , así como una serie de pruebas experimentales de las teorías de la gravedad. Durante el mismo período, se hicieron muchos descubrimientos emocionantes en astronomía observacional:

• los cuásares (objetos del tamaño del sistema solar y una luminosidad de varios cientos de galaxias , tan lejos que su luz nos llega desde hace miles de millones de años);
• púlsares (que luego se interpretaron como estrellas de neutrones giratorias );
• Los primeros candidatos a agujeros negros , Cygnus X-1 ;
• CMB , evidencia del Big Bang y posterior expansión del universo.

Secuencia de eventos

Algunos de los principales eventos que tuvieron lugar durante la edad de oro de la relatividad son:

• 1956 : John Lighton Singh publica el primer texto sobre la relatividad, enfatizando la importancia de los diagramas de espacio-tiempo de Minkowski y los métodos geométricos.
• 1957 : Felix Pirani utiliza la clasificación Petrov-Pirani-Penrose de campos gravitatorios para investigar la radiación gravitacional .
• 1957 : Richard Feynman propone el argumento del bastón para las ondas gravitacionales.
• 1959 : Louis Behl introduce el tensor de Behl-Robinson y la descomposición de Behl del tensor de Riemann .
• 1959 : Artur Komar introduce el concepto de masa Komar .
• 1960 : El experimento Pound and Rebka , la primera prueba precisa del corrimiento al rojo gravitacional .
• 1960 : Se confirma experimentalmente el efecto Shapiro .
• 1960 : Thomas Matthews y Alan Sandage identifican 3C 48 con una imagen de punto en el rango óptico y muestran que el tamaño de la fuente de radio no supera los 15 minutos luz.
• 1960 : Martin Kruskal y György Szekeres encuentran de forma independiente las coordenadas Kruskal-Szekeres para la métrica de Schwarzschild .
• 1960 : Karl Brans y Robert Dicke presentan la teoría de Brans-Dicke , la primera teoría de la gravedad alternativa físicamente aceptable con una clara motivación física.
• 1961 : Pascal Jordan y Jürgens Ehlers desarrollan una descomposición cinemática de un haz de trayectorias temporales .
• 1962 : Roger Penrose y Ezra Newman introducen el formalismo de Newman-Penrose .
• 1962 : Ehlers y Wolfgang Kundt clasifican las simetrías de los espacios de ondas Pp .
• 1962 : Joshua Goldberg y Rainer Sachs prueban el teorema de Goldberg-Sachs .
• 1962 : Ehlers propone la transformada de Ehlers , un nuevo método para generar soluciones a las ecuaciones de Einstein .
• 1962 : Cornelius Lanchos introduce el potencial de Lanchos para el tensor de Weyl .
• 1962 : R. Arnowitt , Stanley Deser y Charles Mizner desarrollan el formalismo ADM de las ecuaciones de Einstein y la noción de hiperbolicidad global .
• 1962 : Ozwat y Englebert Shukling redescubren la solución para ondas gravitacionales monocromáticas polarizadas circularmente .
• 1962 : Hans Adolf Buchdahl demuestra el teorema de Buchdahl .
• 1962 : Herman Bondi introduce el concepto de masa de Bondi-Sachs .
• 1963 : Roy Kerr descubre la métrica de Kerr  , una solución de vacío a las ecuaciones de Einstein que describen un agujero negro con momento angular.
• 1963 : Los corrimientos al rojo de 3C 273 y otros cuásares muestran que son objetos extremadamente distantes, pero increíblemente poderosos.
• 1963 : Newman, T. Unti y L. A. Tamburino presentan el espacio Newman-Unti .
• 1963 : Roger Penrose introduce los diagramas de Penrose y los límites de Penrose .
• 1964 : R. W. Sharp y Misner introducen el concepto de masa Misner-Sharpe .
• 1964 : Roger Penrose demuestra el primer teorema de singularidad .
• 1964 : M. A. Melvin descubre el electrovacío de Melvin (también llamado universo magnético de Melvin ).
• 1965 : Newman y otros descubren la solución de electrovacío de Kerr-Newman .
• 1965 : Penrose investiga la estructura de los conos de luz en un continuo de ondas gravitacionales planas .
• 1965 : Kerr y Alfred Schild presentan el espacio-tiempo de Kerr-Schild .
• 1965 : Chandrasekhar define un criterio para la estabilidad de las soluciones.
• 1965 : Arno Penzias y Robert Wilson descubren el CMB .
• 1966 : Sachs y Ronald Kantowski encuentran una polvorienta solución Kantowski-Sachs .
• 1967 : Jocelyn Bell y Anthony Hewish descubren los púlsares .
• 1967 : Robert, N. Boyer y R. Lindqvist presentan las coordenadas Boyer-Lindqvistpara la aspiradora Kerr.
• 1967 : Werner Israel demuestra el teorema de que " el agujero negro no tiene pelo " .
• 1967 : Kenneth Nordtvedt desarrolla un formalismo posnewtoniano parametrizado .
• 1967 : Hans Stephanie descubre la solución de polvo de Stephanie .
• 1967 : Bryce DeWitt publica el primer artículo sobre la gravedad cuántica canónica .
• 1968 : F. Ernst descubre la ecuación de Ernst .
• 1968 : B. Kent Garrison descubre las transformadas de Garrison , un método para generar soluciones exactas.
• 1968 : B. Carter resuelve la ecuación de las geodésicas en el vacío eléctrico de Kerr-Newman.
• 1968 : Hugo D. Wahlquist encuentra la solución Wahlquist fluida ideal .
• 1969 : Joseph Weber informa de la observación de ondas gravitacionales (informe no confirmado y aparentemente erróneo).
• 1969 : William Bonnor presenta el haz de luz Bonnor .
• 1969 : Penrose avanza la (débil) hipótesis de la censura cósmica y el proceso de Penrose .
• 1969 : Stephen Hawking demuestra el teorema del área superficial no decreciente para un agujero negro.
• 1969 : Misner introduce el " modelo de mundo mixto " cosmológico (universo mixmaster).
• 1970 : Franco Zerilli deriva la ecuación de Zerilli .
• 1970 : Vladimir Belinsky , Isaac Khalatnikov y Evgeny Lifshitz proponen la conjetura de Belinsky-Lifshitz-Khalatnikov .
• 1970 : Hawking y Penrose prueban el teorema de que las superficies atrapadas deben dar lugar a agujeros negros.
• 1970 : cohete fotónico Kinnersley-Walker .
• 1970 : György Szekeres presenta ondas planas en colisión .
• 1971 : aparición de la solución de vacío de Hahn-Penrose , un continuo simple de ondas planas en colisión.
• 1971 : Robert Gowdy presenta las soluciones de vacío de Gowdy (modelos cosmológicos con ondas gravitacionales circulantes).
• 1971 : La fuente de rayos X Cygnus X-1, tras el descubrimiento de su rápida variabilidad (con la ayuda del satélite Uhuru ), se convirtió en un serio candidato a agujero negro.
• 1971 : William Press investiga numéricamente las oscilaciones de los agujeros negros .
• 1971 : Algoritmo de Harrison-Estabrook para resolver sistemas de ecuaciones diferenciales parciales.
• 1971 : James York propone un método conforme para generar datos iniciales en la representación ADM del problema de datos iniciales.
• 1971 : Robert Geroch introduce el concepto del grupo Geroch y con él un nuevo método para generar soluciones .
• 1972 : Jacob Bekenstein propone que la ley de la entropía no decreciente también se cumple para los agujeros negros, con el área del horizonte desempeñando el papel de la entropía.
• 1972 : Carter, Hawking y James Bardeen establecen las cuatro leyes de la termodinámica de los agujeros negros .
• 1972 : Sachs introduce la noción de un escalar óptico y prueba el teorema de división del momento multipolar .
• 1972 : Rainer Weiss propone la idea de un detector de ondas gravitacionales interferométricas.
• 1972 : Joseph Hafele y Richard Keating realizan el experimento del reloj atómico Hafele-Keating para probar la teoría de la relatividad.
• 1972 : Richard Price estudia el colapso gravitacional con un experimento computacional.
• 1972 : Saul A. Tukolsky deriva la ecuación de Tukolsky .
• 1972 : Yakov Zel'dovich predice la posibilidad de transformación de la radiación gravitacional en radiación electromagnética y viceversa.
• 1973 : P. Vaidya y L. K. Patel presentan la solución Kerr-Vaidya para polvo isotrópico .
• 1973 : Charles Mizner , Kip Thorne y John Wheeler publican el trabajo seminal Gravitation ( Gravity , publicado en ruso en 1977), que se ha convertido en el libro de texto estándar sobre la relatividad moderna.
• 1973 : Stephen Hawking y George Ellis publican la monografía The Large Scale Structure of Space-Time ( Estructura a gran escala del espacio-tiempo , publicada en ruso en 1977).
• 1973 : Geroch introduce el formalismo Geroch-Held-Penrose .
• 1974 : Russell Halse y Joseph Taylor descubren el púlsar binario PSR B1913+16 .
• 1974 : James York y Niall Ó Murchadha presentan un análisis del problema de datos iniciales e investigan la estabilidad de sus soluciones.
• 1974 : RO Hansen presenta los momentos multipolares de Hansen-Geroch .
• 1974 : Tullio Regge inventa el cálculo Regge .
• 1974 : Hawking predice la radiación de Hawking .
• 1975 : Chandrasekhar y Stephen Detweiler calculan los modos casi normales de un agujero negro.
• 1975 : Szekeres y DA Szafron descubren la solución de polvo Szekeres-Szafron .
• 1976 : Penrose introduce los límites de Penrose (cada geodésica isotrópica en una variedad pseudo-riemanniana se comporta como una onda plana).
• 1978 : Belinsky y Zakharov muestran cómo se pueden resolver las ecuaciones de Einstein utilizando el problema de dispersión inversa ; los primeros solitones gravitacionales .
• 1979 : Richard Sean y Shing-Tun Yau prueban el teorema de positividad de la energía del campo gravitacional .

Literatura

• Vizgin V. P. Teoría relativista de la gravitación (orígenes y formación, 1900-1915). M.: Nauka, 1981. - 352c.
• Vizgin V.P. Teorías unificadas en el 1er tercio del siglo XX. M.: Nauka, 1985. - 304c.

Enlaces

• País, Abraham. Sutil es el señor: la ciencia y la vida de Albert Einstein . - Oxford: Oxford University Press, 1982. - ISBN 0-19-853907-X .
• Einstein, A.; Grossmann, M. (1913). “Entwurf einer verallgemeinerten Relativitätstheorie und einer Theorie der Gravitation” [Esbozo de una teoría de la relatividad generalizada y de una teoría de la gravitación]. Zeitschrift fur Mathematik und Physik . 62 : 225-261.
• Schwarzschild, Karl (1916a), Über das Gravitationsfeld eines Massenpunktes nach der Einsteinschen Theorie, Sitzungsber. Preuss. Akád. D. Wiss. : 189–196 
• Schwarzschild, Karl (1916b), Über das Gravitationsfeld einer Kugel aus inkompressibler Flüssigkeit nach der Einsteinschen Theorie, Sitzungsber. Preuss. Akád. D. Wiss. : 424–434