Чтобы создать искусственную гравитацию на космической станции, мы просто вращаем ее вокруг некоторой центральной точки, и ускорение заставляет объекты «падать» наружу. Если наша космическая станция находится так далеко в глубоком космосе, что не может обнаружить никакого света от звезд, мы все равно можем сказать, вращаемся мы или нет, основываясь на создаваемой искусственной гравитации.
Почему? Относительно чего мы вращаемся? Если бы я взял стационарную космическую станцию и вращал вокруг нее все остальное во Вселенной, произвел бы тот же эффект?
Или, другими словами, предположим, что я взял всю материю во Вселенной и превратил ее в гигантский диск. Можно ли будет крутить диск? Относительно чего он будет вращаться?
Исаак Ньютон описал эксперимент, в котором вращалось ведро с водой. Когда вода в ведре начинает вращаться, оно становится вогнутым. Причину этого можно понять с точки зрения вращающихся систем отсчета.
Ньютон предположил (в качестве аксиомы механики), что существуют системы отсчета (система размещения частиц в пространстве относительно начала координат и во времени), в которых верны три его закона движения и сохраняется импульс. Такая система называется «инерциальной». Если существует одна инерциальная система отсчета, то любая система отсчета, начало которой движется с постоянной скоростью относительно инерциальной системы отсчета, также является инерциальной.
Как я уже упоминал, существование инерциальных систем отсчета является аксиомой механики. Истинность аксиомы проверяется наблюдением. Это невозможно доказать. Если система отсчета вращается по отношению к инерциальной системе, то вращающаяся система не является инерциальной, и законы Ньютона (в их простейшей форме) не выполняются. Вместо «F=ma» есть дополнительные термины для Кориолиса и центробежной силы.
В случае с вращающейся космической станцией она вращается относительно инерциальной системы отсчета, и именно поэтому существует центробежная сила.
Для Ньютона эксперимент с ведром доказывает существование понятия «абсолютного пространства». Эта интерпретация принимается не всеми, и, в частности, Эрнст Мах отверг идею какого-либо абсолютного пространства. Его идеи оказали влияние на Эйнштейна.
Вы можете прочитать больше об эксперименте Ньютона с ведром на http://www-history.mcs.st-andrews.ac.uk/HistTopics/Newton_bucket.html , а об идеях Эрнста Маха относительно абсолютного пространства - на https://en. wikipedia.org/wiki/Mach%27s_principle
В отличие от линейного движения, вращение относится к абсолютному пространству. Однако вблизи большого вращающегося тела, такого как черная дыра, перетаскивание кадра будет иметь относительный эффект.
Джеймс К.
Кевин Милнер
зефир
зефир
Эбонэйр
Карл Виттофт