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Caída de martillo y pluma: el astronauta David Scott (de la misión Apolo 15 ) en la Luna representando la leyenda del experimento de gravedad de Galileo

La gravedad (del latín gravitas  'peso' [1] ), o gravitación , es un fenómeno natural por el cual todas las cosas con masa o energía, incluidos los planetas , las estrellas , las galaxias e incluso la luz [2] , se acercan (o gravitan hacia ) unos a otros. En la Tierra , la gravedad da peso a los objetos físicos , y la Luna 's la gravedad hace que el océano mareas. La atracción gravitacional de la materia gaseosa original presente en el Universo hizo que comenzara a fusionarse y formar estrellas y provocó que las estrellas se agruparan en galaxias, por lo que la gravedad es responsable de muchas de las estructuras a gran escala del Universo. La gravedad tiene un alcance infinito, aunque sus efectos se debilitan a medida que los objetos se alejan.

La gravedad se describe con mayor precisión por la teoría general de la relatividad (propuesta por Albert Einstein en 1915), que describe la gravedad no como una fuerza, sino como una consecuencia de masas que se mueven a lo largo de líneas geodésicas en un espacio-tiempo curvo causado por la distribución desigual de la masa. El ejemplo más extremo de esta curvatura del espacio-tiempo es un agujero negro , del cual nada, ni siquiera la luz, puede escapar una vez pasado el horizonte de sucesos del agujero negro . [3] Sin embargo, para la mayoría de las aplicaciones, la gravedad se aproxima bien por la ley de gravitación universal de Newton , que describe la gravedad como una fuerza.haciendo que dos cuerpos cualesquiera se atraigan entre sí, con una magnitud proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellos.

La gravedad es la más débil de las cuatro interacciones fundamentales de la física, aproximadamente 10 38 veces más débil que la interacción fuerte , 10 36 veces más débil que la fuerza electromagnética y 10 29 veces más débil que la interacción débil . Como consecuencia, no tiene una influencia significativa a nivel de partículas subatómicas. [4] En contraste, es la interacción dominante a escala macroscópica , y es la causa de la formación, forma y trayectoria ( órbita ) de los cuerpos astronómicos .

Los modelos actuales de física de partículas implican que la primera instancia de gravedad en el Universo, posiblemente en forma de gravedad cuántica , supergravedad o una singularidad gravitacional , junto con el espacio y el tiempo ordinarios , se desarrolló durante la época de Planck (hasta 10-43 segundos después el nacimiento del Universo), posiblemente a partir de un estado primigenio, como un vacío falso , vacío cuántico o partícula virtual , de una manera actualmente desconocida. [5] Intenta desarrollar una teoría de la gravedad consistente conLa mecánica cuántica , una teoría de la gravedad cuántica , que permitiría unir la gravedad en un marco matemático común (una teoría del todo ) con las otras tres interacciones fundamentales de la física, son un área de investigación actual.

Historia de la teoría gravitacional

Mundo antiguo

El antiguo filósofo griego Arquímedes descubrió el centro de gravedad de un triángulo. [6] También postuló que si dos pesos iguales no tuvieran el mismo centro de gravedad, el centro de gravedad de los dos pesos juntos estaría en el medio de la línea que une sus centros de gravedad. [7]

El arquitecto e ingeniero romano Vitruvio en De Architectura postuló que la gravedad de un objeto no dependía del peso sino de su "naturaleza". [8]

Revolución científica

El trabajo moderno sobre la teoría gravitacional comenzó con el trabajo de Galileo Galilei a finales del siglo XVI y principios del XVII. En su famoso (aunque posiblemente apócrifo [9] ) experimento de dejar caer bolas desde la Torre de Pisa , y luego con medidas cuidadosas de bolas rodando por pendientes , Galileo demostró que la aceleración gravitacional es la misma para todos los objetos. Esta fue una desviación importante de la creencia de Aristóteles de que los objetos más pesados ​​tienen una mayor aceleración gravitacional. [10] Galileo postuló la resistencia del aire como la razón por la que los objetos con baja densidad y una gran superficiecaer más lentamente en una atmósfera. El trabajo de Galileo sentó las bases para la formulación de la teoría de la gravedad de Newton. [11]

Teoría de la gravitación de Newton

Físico y matemático inglés, Sir Isaac Newton (1642-1727)

En 1687, el matemático inglés Sir Isaac Newton publicó Principia , que plantea la hipótesis de la ley del cuadrado inverso de la gravitación universal. En sus propias palabras, "deduje que las fuerzas que mantienen a los planetas en sus orbes deben [ser] recíprocamente como los cuadrados de sus distancias de los centros alrededor de los cuales giran: y así comparé la fuerza requerida para mantener a la Luna en su Orbe con la fuerza de la gravedad en la superficie de la Tierra; y encontré que casi respondían ". [12] La ecuación es la siguiente:

Donde F es la fuerza, m 1 y m 2 son las masas de los objetos que interactúan, r es la distancia entre los centros de las masas y G es la constante gravitacional .

La teoría de Newton disfrutó de su mayor éxito cuando se utilizó para predecir la existencia de Neptuno basándose en movimientos de Urano que no podían explicarse por las acciones de los otros planetas. Los cálculos de John Couch Adams y Urbain Le Verrier predijeron la posición general del planeta, y los cálculos de Le Verrier son los que llevaron a Johann Gottfried Galle al descubrimiento de Neptuno.

Una discrepancia en la órbita de Mercurio señaló fallas en la teoría de Newton. A finales del siglo XIX, se sabía que su órbita mostraba ligeras perturbaciones que no podían explicarse por completo según la teoría de Newton, pero todas las búsquedas de otro cuerpo perturbador (como un planeta que orbita el Sol incluso más cerca que Mercurio) se habían realizado. infructuoso. El problema se resolvió en 1915 con la nueva teoría de la relatividad general de Albert Einstein , que explicaba la pequeña discrepancia en la órbita de Mercurio. Esta discrepancia supuso el avance en el perihelio de Mercurio de 42,98 segundos de arco por siglo. [13]

Aunque la teoría de Newton ha sido reemplazada por la relatividad general de Albert Einstein, la mayoría de los cálculos gravitacionales no relativistas modernos todavía se hacen usando la teoría de Newton porque es más simple de trabajar y da resultados suficientemente precisos para la mayoría de las aplicaciones que involucran masas, velocidades y energías suficientemente pequeñas.

Principio de equivalencia

El principio de equivalencia , explorado por una sucesión de investigadores, incluidos Galileo, Loránd Eötvös y Einstein, expresa la idea de que todos los objetos caen de la misma manera y que los efectos de la gravedad son indistinguibles de ciertos aspectos de la aceleración y la desaceleración. La forma más sencilla de probar el principio de equivalencia débil es dejar caer dos objetos de diferentes masas o composiciones en el vacío y ver si chocan contra el suelo al mismo tiempo. Tales experimentos demuestran que todos los objetos caen al mismo ritmo cuando otras fuerzas (como la resistencia del aire y los efectos electromagnéticos) son insignificantes. Las pruebas más sofisticadas utilizan un equilibrio de torsión de un tipo inventado por Eötvös. Experimentos satelitales, por ejemplo STEP, están planificados para experimentos más precisos en el espacio. [14]

Las formulaciones del principio de equivalencia incluyen:

  • El principio de equivalencia débil: la trayectoria de una masa puntual en un campo gravitacional depende solo de su posición y velocidad iniciales, y es independiente de su composición. [15]
  • El principio de equivalencia de Einstein: el resultado de cualquier experimento local no gravitacional en un laboratorio en caída libre es independiente de la velocidad del laboratorio y su ubicación en el espacio-tiempo. [dieciséis]
  • El principio de equivalencia fuerte que requiere ambos de los anteriores.

Relatividad general

Analogía bidimensional de la distorsión del espacio-tiempo generada por la masa de un objeto. La materia cambia la geometría del espacio-tiempo, esta geometría (curva) se interpreta como gravedad. Las líneas blancas no representan la curvatura del espacio sino que representan el sistema de coordenadas impuesto al espaciotiempo curvo, que sería rectilíneo en un espaciotiempo plano.

En la relatividad general , los efectos de la gravitación se atribuyen a la curvatura del espacio-tiempo en lugar de a una fuerza. El punto de partida de la relatividad general es el principio de equivalencia , que equipara la caída libre con el movimiento inercial y describe los objetos inerciales en caída libre como acelerados en relación con los observadores no inerciales en el suelo. [17] [18] En la física newtoniana , sin embargo, tal aceleración no puede ocurrir a menos que al menos uno de los objetos esté siendo operado por una fuerza.

Einstein propuso que el espacio-tiempo está curvado por la materia y que los objetos en caída libre se mueven a lo largo de caminos localmente rectos en el espacio-tiempo curvo. Estos caminos rectos se llaman geodésicos . Como la primera ley del movimiento de Newton, la teoría de Einstein establece que si se aplica una fuerza sobre un objeto, se desviaría de una geodésica. Por ejemplo, ya no seguimos las geodésicas mientras estamos de pie porque la resistencia mecánica de la Tierra ejerce una fuerza ascendente sobre nosotros y, como resultado, no somos inerciales en el suelo. Esto explica por qué moverse a lo largo de las geodésicas en el espacio-tiempo se considera inercial.

Einstein descubrió las ecuaciones de campo de la relatividad general, que relacionan la presencia de materia y la curvatura del espacio-tiempo y llevan su nombre. Las ecuaciones de campo de Einstein son un conjunto de 10 simultáneas , no lineales , ecuaciones diferenciales . Las soluciones de las ecuaciones de campo son los componentes del tensor métrico del espacio-tiempo. Un tensor métrico describe una geometría del espacio-tiempo. Las trayectorias geodésicas para un espacio-tiempo se calculan a partir del tensor métrico.

Soluciones

Las soluciones notables de las ecuaciones de campo de Einstein incluyen:

  • La solución de Schwarzschild , que describe el espacio-tiempo que rodea a un objeto masivo sin carga, sin rotación, simétrico esféricamente . Para objetos lo suficientemente compactos, esta solución generó un agujero negro con una singularidad central . Para distancias radiales desde el centro que son mucho mayores que el radio de Schwarzschild , las aceleraciones predichas por la solución de Schwarzschild son prácticamente idénticas a las predichas por la teoría de la gravedad de Newton.
  • La solución Reissner-Nordström , en la que el objeto central tiene una carga eléctrica. Para cargas con una longitud geometrizada que son menores que la longitud geometrizada de la masa del objeto, esta solución produce agujeros negros con horizontes de eventos dobles .
  • La solución de Kerr para rotar objetos masivos. Esta solución también produce agujeros negros con múltiples horizontes de eventos.
  • La solución de Kerr-Newman para objetos masivos rotativos cargados. Esta solución también produce agujeros negros con múltiples horizontes de eventos.
  • La solución cosmológica de Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker , que predice la expansión del Universo.

Pruebas

Las pruebas de relatividad general incluyeron lo siguiente: [19]

  • La relatividad general explica la precesión anómala del perihelio de Mercurio . [20]
  • La predicción de que el tiempo corre más lento a potenciales más bajos ( dilatación del tiempo gravitacional ) ha sido confirmada por el experimento de Pound-Rebka (1959), el experimento de Hafele-Keating y el GPS .
  • La predicción de la desviación de la luz fue confirmada por primera vez por Arthur Stanley Eddington a partir de sus observaciones durante el eclipse solar del 29 de mayo de 1919 . [21] [22] Eddington midió las desviaciones de la luz de las estrellas dos veces las predichas por la teoría corpuscular newtoniana, de acuerdo con las predicciones de la relatividad general. Sin embargo, su interpretación de los resultados fue luego cuestionada. [23] Pruebas más recientes que utilizan mediciones radiointerferométricas de cuásares que pasan detrás del Sol han confirmado de manera más precisa y consistente la desviación de la luz en el grado predicho por la relatividad general. [24] Véase también lente gravitacional .
  • El retardo de tiempo de la luz que pasa cerca de un objeto masivo se identificó por primera vez por Irwin I. Shapiro en 1964 en señales de naves espaciales interplanetarias.
  • La radiación gravitacional se ha confirmado indirectamente mediante estudios de púlsares binarios . El 11 de febrero de 2016, las colaboraciones de LIGO y Virgo anunciaron la primera observación de una onda gravitacional.
  • Alexander Friedmann en 1922 descubrió que las ecuaciones de Einstein tienen soluciones no estacionarias (incluso en presencia de la constante cosmológica ). En 1927, Georges Lemaître demostró que las soluciones estáticas de las ecuaciones de Einstein, que son posibles en presencia de la constante cosmológica, son inestables y, por lo tanto, el Universo estático imaginado por Einstein no podría existir. Posteriormente, en 1931, el propio Einstein estuvo de acuerdo con los resultados de Friedmann y Lemaître. Así, la relatividad general predijo que el Universo tenía que ser no estático, tenía que expandirse o contraerse. La expansión del Universo descubierta por Edwin Hubble en 1929 confirmó esta predicción. [25]
  • La predicción de la teoría de arrastre marco fue consistente con los recientes Gravity Probe B resultados. [26]
  • La relatividad general predice que la luz debería perder su energía cuando se aleja de cuerpos masivos a través del corrimiento al rojo gravitacional . Esto se verificó en la tierra y en el sistema solar alrededor de 1960.

Gravedad y mecánica cuántica

Una pregunta abierta es si es posible describir las interacciones de la gravedad a pequeña escala con el mismo marco que la mecánica cuántica . La relatividad general describe propiedades globales a gran escala, mientras que la mecánica cuántica es el marco para describir las interacciones de la materia a menor escala. Sin modificaciones, estos marcos son incompatibles. [27]

Un camino es describir la gravedad en el marco de la teoría cuántica de campos , que ha tenido éxito en describir con precisión las otras interacciones fundamentales . La fuerza electromagnética surge de un intercambio de fotones virtuales , donde la descripción QFT de la gravedad es que hay un intercambio de gravitones virtuales . [28] [29] Esta descripción reproduce la relatividad general en el límite clásico . Sin embargo, este enfoque falla en distancias cortas del orden de la longitud de Planck , [27] donde se requiere una teoría más completa de la gravedad cuántica (o un nuevo enfoque de la mecánica cuántica).

Detalles específicos

La gravedad de la tierra

Un objeto inicialmente estacionario al que se le permite caer libremente bajo la gravedad cae una distancia que es proporcional al cuadrado del tiempo transcurrido. Esta imagen dura medio segundo y fue capturada a 20 destellos por segundo.

Cada cuerpo planetario (incluida la Tierra) está rodeado por su propio campo gravitacional, que puede conceptualizarse con la física newtoniana como que ejerce una fuerza de atracción sobre todos los objetos. Suponiendo un planeta de simetría esférica, la fuerza de este campo en cualquier punto por encima de la superficie es proporcional a la masa del cuerpo planetario e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia desde el centro del cuerpo.

Si un objeto con masa comparable a la de la Tierra cayera hacia él, entonces la correspondiente aceleración de la Tierra sería observable.

La fuerza del campo gravitacional es numéricamente igual a la aceleración de los objetos bajo su influencia. [30] La tasa de aceleración de los objetos que caen cerca de la superficie de la Tierra varía muy levemente dependiendo de la latitud, características de la superficie como montañas y cordilleras, y quizás densidades subterráneas inusualmente altas o bajas. [31] A efectos de pesos y medidas, la Oficina Internacional de Pesas y Medidas define un valor de gravedad estándar en el marco del Sistema Internacional de Unidades (SI).

Ese valor, denotado g , es g = 9.80665 m / s 2 (32.1740 pies / s 2 ). [32] [33]

El valor estándar de 9.80665 m / s 2 es el que adoptó originalmente el Comité Internacional de Pesos y Medidas en 1901 para una latitud de 45 °, aunque se ha demostrado que es demasiado alto en unas cinco partes en diez mil. [34] Este valor ha persistido en meteorología y en algunas atmósferas estándar como el valor de 45 ° de latitud, aunque se aplica más precisamente a la latitud de 45 ° 32'33 ". [35]

Suponiendo el valor estandarizado de gy ignorando la resistencia del aire, esto significa que un objeto que cae libremente cerca de la superficie de la Tierra aumenta su velocidad en 9.80665 m / s (32.1740 pies / so 22 mph) por cada segundo de su descenso. Por lo tanto, un objeto que parte del reposo alcanzará una velocidad de 9.80665 m / s (32.1740 pies / s) después de un segundo, aproximadamente 19.62 m / s (64.4 pies / s) después de dos segundos, y así sucesivamente, sumando 9.80665 m / s (32,1740 pies / s) a cada velocidad resultante. Además, ignorando nuevamente la resistencia del aire, todos y cada uno de los objetos, cuando se caen desde la misma altura, golpearán el suelo al mismo tiempo.

Según la tercera ley de Newton , la Tierra misma experimenta una fuerza igual en magnitud y opuesta en dirección a la que ejerce sobre un objeto que cae. Esto significa que la Tierra también acelera hacia el objeto hasta que choca. Sin embargo, debido a que la masa de la Tierra es enorme, la aceleración impartida a la Tierra por esta fuerza opuesta es insignificante en comparación con la del objeto. Si el objeto no rebota después de haber chocado con la Tierra, cada uno de ellos ejerce una fuerza de contacto repulsiva sobre el otro, lo que equilibra eficazmente la fuerza de atracción de la gravedad y evita una mayor aceleración.

La fuerza de gravedad en la Tierra es la resultante (suma vectorial) de dos fuerzas: [36] (a) La atracción gravitacional de acuerdo con la ley universal de gravitación de Newton, y (b) la fuerza centrífuga, que resulta de la elección de un marco de referencia giratorio terrestre. La fuerza de la gravedad es más débil en el ecuador debido a la fuerza centrífuga causada por la rotación de la Tierra y porque los puntos en el ecuador están más alejados del centro de la Tierra. La fuerza de la gravedad varía con la latitud y aumenta desde aproximadamente 9,780 m / s 2 en el ecuador hasta aproximadamente 9,832 m / s 2 en los polos.

Ecuaciones para un cuerpo que cae cerca de la superficie de la Tierra

Bajo el supuesto de atracción gravitacional constante, la ley de Newton de la gravitación universal se simplifica a F = mg , donde m es la masa del cuerpo yg es un vector constante con una magnitud promedio de 9,81 m / s 2 en la Tierra. Esta fuerza resultante es el peso del objeto. La aceleración debida a la gravedad es igual a este g . Un objeto inicialmente estacionario al que se le permite caer libremente bajo la gravedad cae una distancia que es proporcional al cuadrado del tiempo transcurrido. La imagen de la derecha, que abarca medio segundo, fue capturada con un flash estroboscópico a 20 destellos por segundo. Durante el primer 120 de segundo la bola cae una unidad de distancia (aquí, una unidad es de aproximadamente 12 mm); en 220 ha caído a un total de 4 unidades; por 320 , 9 unidades y así sucesivamente.

Bajo los mismos supuestos de gravedad constante, la energía potencial , E p , de un cuerpo a la altura h viene dada por E p = mgh (o E p = Wh , donde W significa peso). Esta expresión es válida solo a pequeñas distancias h de la superficie de la Tierra. De manera similar, la expresión para la altura máxima alcanzada por un cuerpo proyectado verticalmente con velocidad inicial v es útil solo para alturas pequeñas y velocidades iniciales pequeñas.

Gravedad y astronomía

La gravedad actúa sobre las estrellas que forman la Vía Láctea . [37]

La aplicación de la ley de la gravedad de Newton ha permitido adquirir gran parte de la información detallada que tenemos sobre los planetas del Sistema Solar, la masa del Sol y los detalles de los cuásares ; incluso la existencia de materia oscura se infiere utilizando la ley de gravedad de Newton. Aunque no hemos viajado a todos los planetas ni al Sol, conocemos sus masas. Estas masas se obtienen aplicando las leyes de la gravedad a las características medidas de la órbita. En el espacio, un objeto mantiene su órbita debido a la fuerza de gravedad que actúa sobre él. Los planetas orbitan estrellas, las estrellas orbitan centros galácticos , las galaxias orbitan un centro de masa en cúmulos y los cúmulos orbitan en supercúmulos.. The force of gravity exerted on one object by another is directly proportional to the product of those objects' masses and inversely proportional to the square of the distance between them.

The earliest gravity (possibly in the form of quantum gravity, supergravity or a gravitational singularity), along with ordinary space and time, developed during the Planck epoch (up to 10−43 seconds after the birth of the Universe), possibly from a primeval state (such as a false vacuum, quantum vacuum or virtual particle), in a currently unknown manner.[5]

Gravitational radiation

The LIGO Hanford Observatory located in Washington, US where gravitational waves were first observed in September 2015.

General relativity predicts that energy can be transported out of a system through gravitational radiation. Any accelerating matter can create curvatures in the space-time metric, which is how the gravitational radiation is transported away from the system. Co-orbiting objects can generate curvatures in space-time such as the Earth-Sun system, pairs of neutron stars, and pairs of black holes. Another astrophysical system predicted to lose energy in the form of gravitational radiation are exploding supernovae.

The first indirect evidence for gravitational radiation was through measurements of the Hulse–Taylor binary in 1973. This system consists of a pulsar and neutron star in orbit around one another. Its orbital period has decreased since its initial discovery due to a loss of energy, which is consistent for the amount of energy loss due to gravitational radiation. This research was awarded the Nobel Prize in Physics in 1993.

The first direct evidence for gravitational radiation was measured on 14 September 2015 by the LIGO detectors. The gravitational waves emitted during the collision of two black holes 1.3 billion-light years from Earth were measured.[38][39] This observation confirms the theoretical predictions of Einstein and others that such waves exist. It also opens the way for practical observation and understanding of the nature of gravity and events in the Universe including the Big Bang.[40] Neutron star and black hole formation also create detectable amounts of gravitational radiation.[41] This research was awarded the Nobel Prize in physics in 2017.[42]

As of 2020, the gravitational radiation emitted by the Solar System is far too small to measure with current technology.

Speed of gravity

In December 2012, a research team in China announced that it had produced measurements of the phase lag of Earth tides during full and new moons which seem to prove that the speed of gravity is equal to the speed of light.[43] This means that if the Sun suddenly disappeared, the Earth would keep orbiting the vacant point normally for 8 minutes, which is the time light takes to travel that distance. The team's findings were released in the Chinese Science Bulletin in February 2013.[44]

In October 2017, the LIGO and Virgo detectors received gravitational wave signals within 2 seconds of gamma ray satellites and optical telescopes seeing signals from the same direction. This confirmed that the speed of gravitational waves was the same as the speed of light.[45]

Anomalies and discrepancies

There are some observations that are not adequately accounted for, which may point to the need for better theories of gravity or perhaps be explained in other ways.

Rotation curve of a typical spiral galaxy: predicted (A) and observed (B). The discrepancy between the curves is attributed to dark matter.
  • Extra-fast stars: Stars in galaxies follow a distribution of velocities where stars on the outskirts are moving faster than they should according to the observed distributions of normal matter. Galaxies within galaxy clusters show a similar pattern. Dark matter, which would interact through gravitation but not electromagnetically, would account for the discrepancy. Various modifications to Newtonian dynamics have also been proposed.
  • Flyby anomaly: Various spacecraft have experienced greater acceleration than expected during gravity assist maneuvers.
  • Accelerating expansion: The metric expansion of space seems to be speeding up. Dark energy has been proposed to explain this. A recent alternative explanation is that the geometry of space is not homogeneous (due to clusters of galaxies) and that when the data are reinterpreted to take this into account, the expansion is not speeding up after all,[46] however this conclusion is disputed.[47]
  • Anomalous increase of the astronomical unit: Recent measurements indicate that planetary orbits are widening faster than if this were solely through the Sun losing mass by radiating energy.
  • Extra energetic photons: Photons travelling through galaxy clusters should gain energy and then lose it again on the way out. The accelerating expansion of the Universe should stop the photons returning all the energy, but even taking this into account photons from the cosmic microwave background radiation gain twice as much energy as expected. This may indicate that gravity falls off faster than inverse-squared at certain distance scales.[48]
  • Extra massive hydrogen clouds: The spectral lines of the Lyman-alpha forest suggest that hydrogen clouds are more clumped together at certain scales than expected and, like dark flow, may indicate that gravity falls off slower than inverse-squared at certain distance scales.[48]

Alternative theories

Historical alternative theories

  • Aristotelian theory of gravity
  • Le Sage's theory of gravitation (1784) also called LeSage gravity, proposed by Georges-Louis Le Sage, based on a fluid-based explanation where a light gas fills the entire Universe.
  • Ritz's theory of gravitation, Ann. Chem. Phys. 13, 145, (1908) pp. 267–271, Weber-Gauss electrodynamics applied to gravitation. Classical advancement of perihelia.
  • Nordström's theory of gravitation (1912, 1913), an early competitor of general relativity.
  • Kaluza Klein theory (1921)
  • Whitehead's theory of gravitation (1922), another early competitor of general relativity.

Modern alternative theories

  • Brans–Dicke theory of gravity (1961)[49]
  • Induced gravity (1967), a proposal by Andrei Sakharov according to which general relativity might arise from quantum field theories of matter
  • String theory (late 1960s)
  • ƒ(R) gravity (1970)
  • Horndeski theory (1974)[50]
  • Supergravity (1976)
  • In the modified Newtonian dynamics (MOND) (1981), Mordehai Milgrom proposes a modification of Newton's second law of motion for small accelerations[51]
  • The self-creation cosmology theory of gravity (1982) by G.A. Barber in which the Brans-Dicke theory is modified to allow mass creation
  • Loop quantum gravity (1988) by Carlo Rovelli, Lee Smolin, and Abhay Ashtekar
  • Nonsymmetric gravitational theory (NGT) (1994) by John Moffat
  • Tensor–vector–scalar gravity (TeVeS) (2004), a relativistic modification of MOND by Jacob Bekenstein
  • Chameleon theory (2004) by Justin Khoury and Amanda Weltman.
  • Pressuron theory (2013) by Olivier Minazzoli and Aurélien Hees.
  • Conformal gravity[52]
  • Gravity as an entropic force, gravity arising as an emergent phenomenon from the thermodynamic concept of entropy.
  • In the superfluid vacuum theory the gravity and curved space-time arise as a collective excitation mode of non-relativistic background superfluid.
  • Massive gravity, a theory where gravitons and gravitational waves have a non-zero mass

See also

  • Anti-gravity, the idea of neutralizing or repelling gravity
  • Artificial gravity
  • Gauss's law for gravity
  • Gravitational potential
  • Gravitational wave
  • Kepler's third law of planetary motion
  • Micro-g environment, also called microgravity
  • Newton's laws of motion
  • Standard gravitational parameter
  • Weightlessness
  • Albert Einstein
  • Isaac Newton

Footnotes

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References

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Further reading

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External links

  • "Gravitation", Encyclopedia of Mathematics, EMS Press, 2001 [1994]
  • "Gravitation, theory of", Encyclopedia of Mathematics, EMS Press, 2001 [1994]