O elevador Einstein é um experimento mental usado por Albert Einstein desde 1908 para justificar seu princípio de equivalência, que é um dos princípios na base da relatividade geral .
Einstein usou a imagem de um elevador no vazio astral (sem campo de força fora do elevador), puxado para cima com aceleração constante por um gigante. Observe que este experimento mental usa apenas fenômenos mecânicos .
O raciocínio do físico preso só se mantém na medida em que ele admite a lei da gravitação, em particular a igualdade entre a massa inercial e a massa gravitacional, a única que pode justificar a simultaneidade da queda de corpos de diferentes massas pela força da gravidade. .
Se o elevador for grande o suficiente, o físico preso pode começar a fazer experiências com seus arredores para ver se essa gravitação é semelhante àquela em torno de um centro de gravidade : mudança com a altitude, paralelismo, convergência ou divergência de forças, etc. E neste caso, ele encontrará diferenças.
Se o quadro de referência é acelerado de uma forma diferente e variável, a força observada pelo físico que é submetido a ele será identificável com uma gravitação porque todos os objetos estarão sujeitos a ela da mesma forma, mas uma gravitação variável: trancado em sua caixa, ele pode em alguns casos modelar o que ele observa pela gravitação de vários corpos celestes massivos simultâneos, mas nada o garante.
Por meio desse experimento mental , Einstein mostra que os efeitos locais da gravitação e de um referencial acelerado para o observador não são fisicamente distinguíveis por um experimento mecânico: há equivalência local . Isso explica ao mesmo tempo a equivalência entre a massa gravitacional (ligada à atração dos corpos) e a massa de inércia (resistência à mudança de velocidade).
Uma situação especial para um elevador é estar em queda livre em um campo gravitacional e no vácuo (nenhum outro campo de força fora do elevador).
Este caso particular, tão válido na física clássica como na física relativística (na medida em que a gravitação está incluída nela), torna possível definir referenciais galileanos que ninguém havia pensado antes de Einstein, e obriga a considerar que todos os referenciais inerciais de referência não estão em translações em velocidade constante em relação umas às outras. Também torna possível generalizar as igualdades tensoriais válidas na relatividade especial (onde todos os referenciais são inerciais) em igualdades tensoriais da relatividade geral .
Einstein mostra que, de acordo com esse experimento mental, a gravidade deve dobrar um raio de luz . Ele imagina que um raio de luz segue em linha reta no referencial não acelerado, que se propaga a uma velocidade finita e que entra por uma pequena abertura no elevador: para o observador presente no elevador (isto é ou seja, para o quadro de referência que tem um movimento vertical acelerado em relação ao quadro de referência anterior), o raio de luz é curvo como seria a trajetória de uma bola que entraria por esta abertura. Para esse observador, em cujos olhos seu referencial simplesmente sofre um efeito gravitacional, a curvatura do raio só pode ser um efeito da gravidade sobre a luz. Este efeito, especificado na relatividade geral , será subsequentemente confirmado pelas observações feitas pelo físico Arthur Eddington em 1919 durante um eclipse solar na Índia (ver Testes experimentais da relatividade geral ).