La estructura a gran escala del espacio-tiempo es un tratado de 1973 sobre la física teórica del espacio-tiempo del físico Stephen Hawking y el matemático George Ellis . [1] Está destinado a especialistas en relatividad general, no a principiantes. [2]
A mediados de la década de 1970, los avances en las tecnologías de observación astronómica (astronomía de radio, infrarrojos y rayos X) abrieron el Universo a la exploración. Se hicieron necesarias nuevas herramientas. En este libro, Hawking y Ellis intentan establecer la base axiomática de la geometría del espacio-tiempo de cuatro dimensiones tal como se describe en la teoría general de la relatividad de Albert Einstein y derivar sus consecuencias físicas para las singularidades , los horizontes y la causalidad . Mientras que las herramientas para estudiar la geometría euclidiana eran una regla y un compás, las necesarias para investigar el espacio-tiempo curvo son partículas de prueba y rayos de luz. [3] Según el físico matemático John Baez de la Universidad de California, Riverside , La estructura a gran escala del espacio-tiempo fue "el primer libro que proporcionó una descripción detallada de los métodos topológicos revolucionarios introducidos por Penrose y Hawking a principios de los años setenta". [4]
Hawking coescribió el libro con Ellis mientras era investigador postdoctoral en la Universidad de Cambridge . En su libro de 1988 Breve historia del tiempo , describe La estructura a gran escala del espacio-tiempo como "sumamente técnico" e ilegible para el profano.
El libro, considerado ahora un clásico, también ha aparecido en formato de bolsillo y se ha reimpreso muchas veces. Cambridge University Press publicó una edición del quincuagésimo aniversario en febrero de 2023. [ 5]
El matemático Nicholas Michael John Woodhouse, de la Universidad de Oxford, consideró que este libro era un tratado de autoridad que podría convertirse en un clásico. Observó que los autores comienzan con axiomas de geometría y física y luego derivan las consecuencias de manera rigurosa. Se exploran varias soluciones exactas bien conocidas para las ecuaciones de campo de Einstein y su significado físico. En particular, Hawking y Ellis muestran que las singularidades y los agujeros negros surgen en una gran clase de soluciones plausibles. Advirtió que, aunque este libro es independiente, es más adecuado para especialistas que para nuevos estudiantes, ya que es pesado y no contiene ejercicios. Señaló que, a pesar del intento de los autores de un tratamiento riguroso, se utilizan ciertos términos técnicos, como los grupos de Lie, pero nunca se explican, y que se introducen métodos modernos sin coordenadas, pero no se utilizan de manera efectiva. [6]
El físico teórico Rainer Sachs, de la Universidad de California, Berkeley, observó que La estructura a gran escala del espacio-tiempo se publicó en tan solo unos años como Gravitación y cosmología de Steven Weinberg y Gravitación de Charles Misner, Kip Thorne y John Archibald Wheeler. Creía que estos tres libros pueden complementarse entre sí y llevar a los estudiantes a la vanguardia de la investigación. Mientras que Hawking y Ellis emplean el análisis global ampliamente pero dicen relativamente poco sobre los métodos perturbativos , los otros dos libros descuidan el análisis global y cubren con gran detalle las perturbaciones. Creía que Hawking y Ellis hicieron un gran trabajo resumiendo los desarrollos recientes en el campo (a partir de 1974) y que el público al que se dirigen son estudiantes de doctorado (o superior) con una sólida formación matemática y exposición previa a la relatividad general. Argumentó que el núcleo de los libros consta de dos capítulos, el Capítulo 4 sobre la importancia de la curvatura del espacio-tiempo y el Capítulo 6 sobre la estructura causal, y que la aplicación más interesante es el penúltimo capítulo sobre los agujeros negros. Señaló que los argumentos matemáticos a veces son difíciles de seguir y sugirió como referencia Técnicas de topología diferencial en relatividad de Roger Penrose . También advirtió una pequeña cantidad de errores, aunque ninguno afecta las conclusiones generales extraídas por los autores. Pensó que este libro es una presentación "modelo" sobre la interacción entre las matemáticas y la física que podría llegar a ser muy influyente en el futuro. [7]
El físico teórico John Archibald Wheeler, de la Universidad de Princeton, recomendó este libro a todo aquel interesado en las implicaciones de la relatividad general para la cosmología, los teoremas de singularidad y la física de los agujeros negros, presentados de una manera casi euclidiana, aunque reconoció que no se trata de un libro de texto debido a su falta de ejemplos y ejercicios. Elogió sus 62 diagramas ilustrativos. [3]
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