Как можно сказать, что они ускоряются?

В ньютоновской механике все инерциальные системы отсчета подчиняются одним и тем же законам физики. Почему это ломается при разгоне. В ракете вы чувствуете ускорение, потому что ракета ускоряется, но все внутри остается с той же скоростью, поэтому кажется, что есть сила, толкающая ее назад.

Но если все в ракете одинаково ускоряется, скажем, потому, что ракета заряжена, включая все внутренности, так что ракета ни на что не давит и ускоряется в направлении гораздо большего противоположного заряда, как вы можете сказать вам? при ускорении будет казаться, что Земля удаляется от вас с ускорением.

Есть ли какой-то математический способ показать из обеих систем отсчета, что это будет выглядеть так, будто вы ускоряетесь? Как будет выглядеть путь постоянного ускорения, если скорость света постоянна? И существует ли преобразование Лоренца для ускорения или хотя бы общее преобразование Лоренца для более сложного движения?

Вы используете акселерометр
На самом деле вы спрашиваете о свободном падении. Там каждая частица ускоряется, и да, вы этого не чувствуете. Только если ускорение не является гомогенным, что приводит, например, к приливным силам.
" Как узнать, что они... " - Они разговаривают друг с другом во время ускорения?
Ваш вопрос не имеет ничего общего со специальной теорией относительности, он относится и к ньютоновской физике. Вам нужно понять, что такое ускорение, а не относительность!
Ваше новое редактирование делает ваш вопрос слишком широким. Пожалуйста, ограничьте свой пост одним конкретным вопросом.
. . . и вы все еще смотрите на это как на проблему относительности. Уравнения Эйнштейна вам_не помогут!!!! Вам нужно вернуться к основам.
Я откатил это до ревизии 5. Маленькие шаги, ху хуу. Прежде чем переходить к общей теории относительности, вам нужно понять ускорение в контексте ньютоновской механики и специальной теории относительности.
@DavidHammen Это хорошее предложение, но вам не следует вносить такие изменения, которые противоречат цели OP (даже если вы откатываетесь к предыдущей версии). Пожалуйста, сделайте свое предложение, и пусть ОП последует соответственно. Если ОП не согласен, и вы считаете, что вопрос все еще плохой, то отрицательное голосование достаточно выразило бы это мнение.
Как бы то ни было, вопрос следует закрыть как «слишком широкий» - и ответ на этот слишком широкий вопрос не поможет пониманию ОП. Сохранение вопроса до версии 5 делает его более целенаправленным, и ответ, возможно, может помочь ОП. Но поскольку именно ОП сделал вопрос слишком широким с редакцией 6, единственной альтернативой остается отрицание и голосование за закрытие.
@DavidHammen Это редактирование все еще слишком широкое? Я просто хочу знать, существует ли преобразование Лоренца для более сложных движений и подчиняются ли эти системы отсчета законам физики, если все ускоряется одинаково.
@DavidHammen Я полностью согласен. Но это не ваш вопрос, поэтому вам не следует вносить такие радикальные правки, даже если это улучшит вопрос.

Ответы (6)

Вы правы — если каждая отдельная частица, к которой у вас есть доступ, испытывает точно такое же ускорение, то у вас нет возможности определить, что вы ускоряетесь, даже в принципе. На практике гравитационные поля — единственный способ организовать это.

Каждый раз, когда вы буквально чувствуете ускорение, это происходит потому, что разные части вашего тела испытывают немного разные мгновенные ускорения, поэтому ваше тело испытывает внутренние силы.

Как можно сказать, что они ускоряются

Бросьте мяч [или, как сказал @Dale, используйте акселерометр... мяч на пружине или наборе пружин].

(Как прокомментировал @ m4r35n357, этот вопрос в первую очередь является вопросом [галилеевского] принципа относительности ... мало общего с какими-либо специальными релятивистскими особенностями.)


Вот несколько кадров (наложенных друг на друга) из видео
Айви и Хьюма «Рамки отсчета»
https://archive.org/details/frames_of_reference.

(Вероятно, вы можете найти его на YouTube [с немного другими временными метками]. Однако этот URL-адрес archive.org должен быть более постоянным, чем YouTube.)


Инерционный

В момент времени t=4m22s это мяч, брошенный из тележки, находящейся в состоянии покоя в системе инерциальной лаборатории.
При отпускании на мяч не действует горизонтальная сила, поэтому в лаборатории он имеет постоянную горизонтальную скорость.
Он приземляется у основания стенда.IveyHume-InertialAtRest-viewedInLab

В момент времени t=5m25s это мяч, падающий с тележки при равномерном движении в инерциально-лабораторной системе отсчета.
При отпускании на мяч не действует горизонтальная сила, следовательно, он имеет постоянную горизонтальную скорость.
Он приземляется у основания стенда... так же, как и в состоянии покоя и по инерции.IveyHume-InertialInMotion-viewedInLab


Ускоренный

В момент времени t=14m06s это мяч, брошенный с тележки при ускоренном движении в инерциально-лабораторной системе отсчета, если смотреть из лаб.
При отпускании на мяч не действует горизонтальная сила, следовательно, он имеет постоянную горизонтальную скорость.
Он приземляется позади основания стенда [поскольку тележка ускорилась из-за своего ускорения].IveyHume-Accelerated-viewedInLab

В момент времени t=14m33s это мяч, брошенный из тележки при ускоренном движении в инерционно-лабораторной системе отсчета, если смотреть из неинерционной системы отсчета с тележкой.
В отпущенном состоянии на мяч в инерциальной системе отсчета не действует горизонтальная сила, поэтому он имеет постоянную горизонтальную скорость в инерционной системе отсчета.
Он приземляется позади основания стенда.IveyHume-Accelerated-viewedInCart


Таким образом, ускоренный наблюдатель может сказать, что он или она ускоряется, потому что мяч не приземлился на основание, как это было бы для инерциального наблюдателя (будь то в покое или в движении).

Ускоренный наблюдатель [запертый в своей системе отсчета] не сможет использовать те же самые законы физики, записанные инерционным наблюдателем, для описания ситуации. Чтобы «объяснить» результат, пришлось бы ввести некоторую «фиктивную» силу.


Из ОП,

Но если в ракете все одинаково ускорено,

Я бы сказал, что этот эксперимент показывает, что не все одинаково ускоряется. Если вы отрицаете использование этого или подобных экспериментов (то есть предпочитаете не смотреть на что-то), то [мне кажется] ваш вопрос на самом деле спрашивает: «Что я могу заключить из неполного набора экспериментов?».

Но как насчет свободного падения?

Рассмотрим более приземленный пример: вы находитесь в машине на пассажирском сиденье. Водитель нажимает на педаль газа, и машина ускоряется. Вы тоже ускоряетесь, но это потому, что к вам приложена сила. F = м а. Какая сила? Вы чувствуете, что вас вдавливают в спинку сиденья, потому что спинка вашего сиденья прикладывает силу к вашему телу, которой как раз достаточно, чтобы дать вам то же ускорение, что и автомобиль. Если хотите, можете поставить между собой и сиденьем напольные весы и измерить силу в фунтах.

Но что, если вы ускоряетесь так же, как и машина, так что вы не чувствуете силу, толкающую вас в машину. Если бы каждая частица ускорялась с одинаковой скоростью.
Если вы ускоряетесь, значит, на вас действует сила. Нет пути вокруг этого. Автомобиль ускоряется за счет силы между дорогой и шинами. Вы ускоряетесь, потому что находитесь в контакте с автомобилем и вас толкает спинка сиденья. Если бы вы стояли на крыше автомобиля на роликовых коньках, то автомобиль не прикладывал бы к вам силы, а разгонялся бы от вас.
@DavidKeith Если вы едете со скалы, гравитация будет одинаково ускорять вас и вашу машину, по крайней мере, пока сопротивление воздуха незначительно.
Вы не можете отличить ускорение от гравитационного поля.

На самом деле постулаты относительности не нарушаются с ускорением. Находясь в ускоряющей капсуле, вы не можете сделать тест, который покажет вам, что это ускорение, а не сила тяжести прижимает вас к капсуле. Вот почему все системы отсчета одинаково действительны. В вашей системе отсчета нет окончательного доказательства того, что гравитация не прижимает вас к капсуле, а все остальное движется с ускорением мимо вас. В случае, когда гравитация одинаково ускоряет вас и вашу капсулу, так что вы находитесь в свободном падении внутри нее, вы все равно можете видеть себя сидящим на месте, а все остальное ускоряется мимо вас. Нет абсолютной системы отсчета, все одинаково действительны.

В неинерциальной системе отсчета законы Ньютона уже не выполняются. Так, например, если вы видите объект, ускоряющийся относительно вас без действующей на него силы, то вы знаете, что находитесь не в инерциальной системе отсчета.

В вашем примере с ускоряющейся ракетой просто бросьте мяч. Поскольку на него больше не действуют силы, удерживающие его в покое относительно вас, он будет выглядеть так, как будто он внезапно ускоряется без каких-либо действующих на него сил. Вы можете заключить, что вы, должно быть, ускоряетесь.

Конечно, это также может означать, что вы просто находитесь в гравитационном поле, но другие ответы здесь уже обсуждали это, поэтому я не буду вдаваться в подробности здесь.

Гравитация — единственная сила, которая действует на все частицы одинаково.

Предположим, вы оказались в ракете, которая стартовала с Земли не двигателями, а из пушки, как в « С Земли на Луну» Жюля Верна . После запуска вы будете двигаться вверх. Земное притяжение замедлит вас и ракету в равной степени. Ракета не разгонит вас. Вы не почувствуете никакой силы. Вы были бы в свободном падении.

Если бы вы посмотрели в окно, вы бы увидели ускорение Земли. Но если бы вы этого не сделали, вы никак не могли бы обнаружить, что вы ускорены. Это было бы так же, как если бы вы находились в ракете далеко от Земли, и на вас не действовала бы гравитация или другая сила. Свободное падение (в однородном гравитационном поле) является инерциальной системой отсчета.

Если вы находитесь в ракете с двигателями, разгоняющими ракету, вы не находитесь в инерциальной системе отсчета. Ракета толкает вас, отклоняя от движения, которое вы имели бы в инерциальной системе отсчета. Ты чувствуешь эту силу.

Это почти то же самое, что стоять на поверхности Земли. Земля отклоняет вас от свободно падающего движения, которое вы имели бы в инерциальной системе отсчета. Если бы вы не смотрели наружу, то не было бы эксперимента, в котором вы могли бы определить разницу между ускорением свободного падения и ускорением ракеты. Это называется принципом эквивалентности .

В специальной теории относительности безускоренное движение в инерциальной системе отсчета происходит с постоянной скоростью. Специальная теория относительности рассматривает только плоское пространство.

Гравитация искривляет пространство-время. Объекты следуют геодезическим, и движение здесь сложнее, чем в специальной теории относительности.

Это не отвечает на вопрос. Речь идет о специальной теории относительности, а не об общей теории относительности.
@DavidHammen - Казалось, речь идет о ситуации, когда все ускоряется одинаково. Это делает проблему гравитации. Но о чем бы ни был этот вопрос, я надеюсь, что из него можно будет получить несколько полезных ответов.