Действительно ли относительность относительна?

Крио прав, и вот хороший способ подумать об этом. Принцип относительности гласит, что, где бы я ни находился, все инерциальные системы отсчета имеют равный статус, когда дело доходит до записи уравнений движения и более общего изучения физических эффектов. Однако, если место, где я нахожусь, является моим собственным домом, то материальная структура моего дома дает мне естественный выбор инерциальной системы отсчета, которую я вполне могу предпочесть всем остальным. Это не нарушает принцип относительности, который заключается в том, что никакой эксперимент внутри дома не может сказать мне, движется ли дом относительно какой-либо другой системы отсчета, такой как система покоя луны, проплывающего облака или чего-то еще.

Теперь более широкая вселенная в самом большом масштабе может служить домом. Далекие звезды там, где они есть. Из-за простоты их среднего движения в самом большом масштабе (а именно, космологического расширения, которое является однородным с очень высокой степенью точности), они представляют собой естественный выбор системы отсчета, которую я могу выбрать, если захочу. Это говорит о том, что как только вы поместите себя в реальную физическую вселенную, вполне возможно говорить о предпочтительной системе отсчета. В космологии это называется "сопутствующие координаты". Если ваш космический корабль движется относительно сопутствующей системы координат со скоростью, отличной от скорости планеты, с которой он стартовал, то вы действительно можете сделать вывод, что его двигатели были запущены на каком-то этапе.

Глядя на космическое микроволновое фоновое излучение, скорость планеты Земля относительно сопутствующей системы координат была определена с довольно высокой точностью. Мы можем сказать, что «Земля движется в направлении X со скоростью Y миль в час». Можно сказать, что в каком-то смысле это похоже на «абсолютную» скорость, но в техническом смысле терминов «относительная» и «абсолютная» это не так; это скорость относительно чего-то другого, а именно среднего крупномасштабного распределения материи во Вселенной.

Вы должны быть очень осторожны в понимании того, что утверждает принцип относительности. Он утверждает, что законы физики имеют одинаковую форму во всех инерциальных системах отсчета.

Система отсчета космического корабля в вашем вопросе не является инерциальной системой отсчета. Поэтому принцип относительности не претендует на то, что он эквивалентен инерциальным системам отсчета. Вы совершенно правы, замечая, что оно различимо, но вы ошибаетесь, полагая, что это каким-либо образом противоречит принципу относительности.

Вы как будто говорите, что если бы существовала какая-то предпочтительная «универсальная» система покоя, то вы могли бы измерять свою скорость относительно нее, если бы вы могли наблюдать необходимые сигналы.

Я подумал, что кандидатом на роль такой универсальной системы покоя может быть система покоя CMB. По этой теме см. Является ли опорная рама CMB особенной? От куда это?

Но в любом случае. Я думаю, дело в том, что специальная теория относительности — это последовательная теория, которая предсказывает наблюдаемые и проверяемые результаты, поэтому существование какой-то универсально наблюдаемой системы покоя не делает ее недействительной — физика по-прежнему такова, что все физические законы одинаковы во всех инерциальных системах отсчета. Это эмпирическое наблюдение, которое остается неоспоримым.

Инерциальная система отсчета в классической физике и специальной теории относительности — это система отсчета, в которой тело с нулевой суммарной силой, действующей на него, не ускоряется; то есть такое тело покоится или движется с постоянной скоростью по прямой.

Курсив мой.

Ты говоришь:

Из-за относительности линейного движения вы не можете определить разницу между тем, движется ли ваш космический корабль, а звезды стоят на месте, или вы неподвижны, а звезды движутся в противоположном направлении.

Если на космический корабль не действуют никакие силы, он движется прямолинейно. Если это спутник вокруг Земли, он не находится в инерциальной системе отсчета, так как есть радиальное ускорение.

то вы говорите:

учитывая энергетические ограничения, я смог определить, какая система отсчета была движущейся.

«Знать» означает запись времени и измерение dp/dt от инерциальной системы отсчета в состоянии покоя до инерциальной системы отсчета в движении относительно другой инерциальной системы отсчета. Именно так мы занимаемся физикой, записываем, используем данные для предсказания новых структур. НО между двумя инерциальными системами отсчета, если нет записи того, как была обеспечена энергия для достижения движения космического корабля, не было бы никакого способа узнать, движется ли это вселенная или космический корабль.

Нужно вовремя записывать, поэтому может появиться dp/dt. Не было бы возможности познать расширение Вселенной, если бы оно не было зафиксировано природой в доплеровских сдвигах спектров, естественной записи.

Предполагая, что при космическом путешествии расходуется энергия, вы косвенно предполагаете, что космический корабль ускоряется. Это всего лишь закон Ньютона. Эта система отсчета уже не является инерциальной. Таким образом, вы сравниваете ускоренную систему отсчета с инерционной. Однако ничто из принципа относительности не мешает вам отличить ускоренную систему отсчета от инерциальной.

С другой стороны, если вы говорите о равномерно движущемся космическом корабле, то вполне нормально рассматривать любой из них как «движущийся».

$\underline{Note -}$

Между прочим, ответ на ваш вопрос — это именно то, что разрешает парадокс Близнецов. Пусть близнецы будут T1,T2.

$\textbf{Setup}$- T1 начал движение на космическом корабле 1 января 2018 года, а T2 остался на Земле. Они решили, что встретятся снова через 50 лет (учитывая замедление времени и все такое). Итак, когда они встретятся, кто будет моложе?

$\textit{We know moving guy should age slowly and hence stay younger}$

$\textbf{Paradox}$- По теории относительности обе системы движутся, и, следовательно, когда они встречаются, обе должны видеть другую более молодой. Отсюда парадокс! Установка симметрична или нет?!

$\textit{Who is actually younger?}$

Если вы хорошенько подумаете, то сразу же заметите, что, как и в вашем вопросе, T1 должен был сначала ускориться, чтобы достичь постоянной скорости. Таким образом, установка не является симметричной. Опять же, чтобы сравнить их возраст, они должны встретиться и снова достичь того же самого кадра. Для этого космический парень должен развернуться (снова ускорение, неинерционное) и замедлиться (опять же неинерционное).

Таким образом, мы можем с уверенностью сказать, что T1 находится в неинерциальной системе отсчета, а T2 находится в инерциальной системе отсчета. Но мы можем применить специальную теорию относительности только к инерциальным системам отсчета. Отсюда мы ВЫНУЖДЕНЫ работать в рамках Т2 и сделать вывод, что именно Т1 должен быть на самом деле моложе.

Этот драматический эксперимент был проведен с использованием частиц, называемых$muons$и экспериментальные результаты прекрасно согласуются с теоретическими предсказаниями.

$\large \textit{Hail, O Einstein!!}$