Почему вращение имитирует гравитацию, если движение относительно?

Согласно теории относительности Эйнштейна, если движение действительно относительно, то зачем кому-то на вращающейся космической станции испытывать ( искусственную ) гравитацию? Я имею в виду, я понимаю, почему они испытывают гравитацию, ЕСЛИ космическая станция вращается, но чего я не понимаю, так это того, как вообще можно говорить, что она вращается? Разве вам не нужно было бы определять его движение по отношению к другой точке пространства?

Допустим, у нас есть две космические станции, и в нашей гипотетической вселенной они — единственные две вещи, которые существуют во всей вселенной.

  • На космической станции 1 нет ощущения гравитации.
  • На космической станции 2 ощущается гравитация.

Итак, мы знаем, что космическая станция 2 вращается, а космическая станция 1 вращается не из-за ощущения гравитации, которое мы ощущаем на станции 2.

Для наблюдателя на станции 2 они почувствовали бы гравитацию и увидели бы, что станция 1 вращается вокруг них. Наблюдатель на станции 1 не почувствует гравитации и увидит, что станция 2 вращается, но остается на одном месте. Я думаю, что все согласятся со всеми этими наблюдениями до сих пор.

Но вот где это ломается, я думаю, у вас должна быть какая-то фиксированная точка отсчета в пространстве, чтобы иметь возможность сказать, что станция 2 вращается, а не станция 1 вращается по орбите, чтобы получить ощущение гравитации на станции 2. У Ньютона, казалось, был ответ на этот вопрос, потому что он сказал, что существует фиксированное «покоящееся», но, согласно Эйнштейну, я не думаю, что существует фиксированное в покое?

Имеет ли смысл мой вопрос? Мое замешательство также относится к ускорению, кажется, у вас должна быть какая-то фиксированная система отсчета, чтобы сказать, что что-то вообще ускоряется. Мы знаем, что вы почувствуете эффект ускорения, если будете на космическом корабле в глубоком космосе, но почему, если все движения относительны. Я имею в виду, как вы можете даже сказать, что вы ускоряетесь, и это не все остальное во Вселенной ускоряется, и вы на самом деле стоите на месте без фиксированной «покоящейся» точки в пространстве?

Джереми Олсон: « Как вы вообще можете говорить, что он вращается? » — Тесно связанный («противоположный вопрос»): «Что определяет, какие системы отсчета являются инерциальными?» (PSE/q/3193) . « Согласно Эйнштейну, я не думаю, что существует неподвижное состояние покоя? » — В теории относительности существуют окончательные методы определения того , покоятся ли несколько участников друг к другу или (только) неподвижно относятся к другому ( например: вращение) или (даже) движение относительно. друг друга.
Джереми Олсон: « ощущение гравитации, которое мы чувствуем ». В теории относительности измерения геометрических отношений (например, покоятся ли рассматриваемые участники по отношению друг к другу или же просто неподвижны друг к другу) не основаны на своих возможных « ощущений », а по суждению о совпадении (или иначе: последовательности) наблюдений каждого участника. Конечно, такой подход не отрицает возможности или реальности таких чувств; но он устанавливает точку отсчета для измерения/сравнения/различения «остроты и истинности чувств » каждого участника.
Я хотел бы подчеркнуть одну из ссылок, скрытых в ветке, на которую ссылается пользователь 122262: вопрос ОП более или менее напрямую связан с принципом Маха .
Вот более простая версия этого. Если во Вселенной есть один космический корабль, и вы говорите, что он вращается, то относительно чего он вращается? У самого Эйнштейна была проблема с этим вопросом. Я здесь не эксперт, но я думаю, что он полагался на принцип Маха , который грубо говорит, что вращение можно определить относительно среднего положения всей массы во Вселенной. Насколько я понимаю, общая теория относительности предоставляет для этого механизм. Объяснить нам это должны специалисты.
Некоторая историческая справка: Эйнштейн был вдохновлен философией Маха (что не означает, что общая теория относительности обязательно на 100% махистская), которая, в свою очередь, отражала многое из того, во что верил Лейбниц. Ньютон и Лейбниц категорически расходились во мнениях по ряду вопросов (не только исчисления), один из которых заключался в том, существует ли понятие пространства независимо от материи во Вселенной. Чтобы опровергнуть позицию Лейбница о том, что «все относительно», Ньютон предложил свой мысленный эксперимент с ведром , на который, насколько мне известно, никто из его современников не дал хорошего ответа.
So we know that space station 2 is rotating and space station 1 is not because of the sensation of gravity we feel in station 2.а также потому, что, поскольку станция 1 не вращается вокруг станции 2, их притягивает друг к другу.
Вращающаяся система отсчета является ускоряющей системой отсчета или неинерционной системой отсчета, следовательно, здесь присутствует сила.
Я собирался задать аналогичный вопрос. А именно, почему ускорение неотличимо от силы тяжести? Например, если вы находитесь внутри закрытого ящика и испытываете (или измеряете) ускорение, вы не знаете, находится ли ящик в гравитационном поле, ускоряется ли он ракетой или движется по круговой траектории.

Ответы (7)

Скорость относительная. Не существует специальной системы отсчета, которая находилась бы «в покое».

Но ускорения нет и никогда не утверждалось. Системы отсчета в свободном падении являются особыми, и системы отсчета, ускоряющиеся по отношению к системам в свободном падении, содержат силы инерции (движение по окружности связано с ускорением к центру; соответствующая сила инерции называется центробежной силой).

Таким образом, вы можете отличить, какая из станций вращается, и теория относительности никогда не утверждала обратного.

Вы сказали, что ускорение не является относительным и что ускоряющие системы отсчета содержат силы инерции. Но на самом деле я спрашиваю, почему ускоряющиеся системы отсчета испытывают силы инерции, когда нет фиксированного «покоя», по которому можно было бы определить, что они ускоряются?
@JeremyOlson Ускорение равно dv/dt. Вам не нужен кадр покоя, чтобы заметить, что dv/dt не равно нулю, только два кадра и способ измерения расстояния/угла между ними. Например, центр вращающегося спутника по сравнению с движением периферии.
Но изменение скорости — это изменение скорости, а скорость — это изменение положения во времени, поэтому изменение положения относительно того, в чем вопрос?
Другими словами, возьмем вращающийся диск. Откуда вы знаете, что он вращается, если вы сравниваете только с самим собой? Например, вы берете точку на этой вращающейся системе отсчета в данный момент, а затем снова в более поздний момент времени она все еще будет в том же точном положении по отношению к каждой грани вращающейся системы отсчета, что и в предыдущий момент, поэтому что расплата не сдвинулась. Единственный способ получить «движение» и, следовательно, ускорение - это иметь возможность сказать, что в первый момент он был в точке А, а затем в более поздний момент в точке В. Точки А и точки В должны быть независимыми от вращающейся системы отсчета.
Итак, возвращаясь через несколько недель и повторно читая комментарий, в котором говорится: «Вам не нужен кадр покоя, чтобы заметить, что dv/dt не равен нулю, только два кадра и способ измерения расстояния/угла. между двумя"... так вы говорите, что если у вас нет 2 кадров, вы не испытаете эффектов ускорения? Другими словами, вы говорите, что в гипотетической вселенной, которая содержала бы только одну систему отсчета, было бы невозможно ускориться, поэтому независимо от того, что вы делали, вращались, толкались вперед, это не имело бы значения, потому что вы всегда чувствовали бы, что вы не двигаются?
Я только что читал об абсолютном вращении, и это означает, что единственным доказательством того, что что-то вращается, когда у него нет ссылки, является его форма и центральное натяжение. Если это правда, значит ли это, что Вселенная также имеет статические оси X, Y и Z? вопреки относительности.
@Flosculus, это означает, что есть статическая ось, но любой набор статических осей по-прежнему эквивалентен.
@JeremyOlson, каждая вселенная имеет бесконечное количество систем отсчета, потому что система отсчета — это всего лишь мысленная конструкция. Однако вам необходимо привязать такую ​​систему отсчета к какому-либо объекту, чтобы иметь возможность наблюдать в нем законы физики. Теперь во Вселенной, содержащей только одну точечную массу, не было бы способа ускорить ее, потому что импульс должен сохраняться, и нет возможности вращать ее, потому что также должен сохраняться угловой момент. В обоих случаях вам нужно, чтобы Вселенная содержала несколько частиц, а затем у вас было достаточно объектов для измерения относительных скоростей, чтобы обнаружить ускорение.
@JanHudec Скажем, например, Вселенная населена одной нейтронной звездой и двумя астронавтами. Один астронавт стоит на поверхности звезды, другой вращается вокруг нее со скоростью, равной половине скорости света. С точки зрения каждого астронавта, каждый из них является системой отсчета, в которой движется другой, в соответствии с теорией относительности, что означает, что по отношению к одному вращается звезда, а к тому, кто стоит, вращается другой. Кто чувствует центробежную силу? а что было бы, если бы вы убрали из существования одного из астронавтов?
@Flosculus, поскольку системы отсчета вращаются относительно друг друга, ускорения в них будут разными. Различия будут подразумевать существование центробежной силы для наблюдателя на поверхности, а это подразумевает, что он находится во вращающейся системе отсчета. Пролетающий наблюдатель не нужен; просто измерение центробежной силы в различных точках поверхности позволяет определить ось вращения и угловую скорость.
@JanHudec Я вроде как понимаю, но я пытался понять, будут ли на эти точки измерения непосредственно влиять существование внешнего наблюдателя, то есть без внешнего наблюдателя, выступающего в качестве системы отсчета, человек на поверхности не должен чувствовать центробежная сила, потому что относительно звезда вообще не вращалась бы. Это если нет универсальной оси. Или вы говорите, что будет ощущаться центробежная сила, потому что сила вращения приложена непосредственно к звезде, а не к астронавту на поверхности?
@JanHudec Другими словами, через триллионы лет сопротивление, создаваемое центробежной силой, в конечном итоге создаст равновесие и вернет систему отсчета к нулю? если это имеет смысл.

Специальная теория относительности имеет дело с «инерциальными» или «неускоряющими» системами отсчета. Физики в инерциальных системах отсчета эквивалентны независимо от их скорости, а скорости инерциальных систем относительны. Вы можете считать, что любая инерциальная система отсчета неподвижна, а все другие системы отсчета движутся относительно нее. Вращающиеся системы отсчета не являются инерционными, они ускоряют системы отсчета и поэтому не являются относительными. Если кадр не имеет вращения, то он должен поддерживать ориентацию со средним значением галактик во Вселенной. Это абсолют. Первоначально Мах предположил, что распределение материи во Вселенной устанавливает невращающуюся систему отсчета.

Общая теория относительности имеет дело с ускоряющими системами отсчета и обсуждает различия между вращающимися системами отсчета и гравитационно-ускоряющими системами отсчета, но это уже другая история.

Теория Маха доходит до сути того, «почему» вращающаяся космическая станция испытывает искусственную гравитацию. Эта теория имеет для меня смысл.

В общей теории относительности угловое движение также имеет некоторую «относительность». Когда вы находитесь в непосредственной близости от вращающегося объекта, вы фактически будете тянуться вместе с ним. Это известно как эффект Ленсе-Тирринга или просто «перетаскивание кадра». Самый яркий пример — эргосфера вращающейся черной дыры, область, в которой ни один объект не может оставаться неподвижным — он должен вращаться вместе с черной дырой. (аналогично горизонту событий, из которого объекты не могут выбраться)

Тот факт, что вы чувствуете силу при постоянном угловом движении, объясняется тем, что вы вращаетесь относительно фоновой вселенной. (это утверждение может быть несколько спорным). Если бы вы взяли большую сферическую массовую оболочку и заставили ее вращаться вокруг себя, вы фактически начали бы вращаться вместе с оболочкой, но не испытывали бы центростремительной силы. Если вы добавляли массу до тех пор, пока оболочка не стала почти черной дырой, ваша естественная система покоя имела бы ту же угловую скорость, что и оболочка, относительно остальной Вселенной.

Да, я думаю, в этом есть смысл... так что в основном объект ускоряется по отношению ко всей остальной материи во Вселенной. Итак, согласно этой теории, мне кажется, что если бы у вас был только 1 объект во всей вселенной, то он не чувствовал бы ускорения, инерции или чего-то подобного... все это было бы бессмысленно, потому что вы не могли бы сказать, что он движется, сидит. еще, или ускорение... я правильно понял?
Это заявление является спорным. Что мешает мне сказать, что вселенная вращается вокруг меня?
Специальная теория относительности хорошо приспособлена для работы с ускоряющимися неинерциальными системами отсчета, но, по общему признанию, не учитывает гравитационные эффекты. Смотрите здесь .
@Draksis Спасибо, что указали на это. Как самый простой способ исправить мой ответ, я просто удалил это утверждение.
Возможно, этот вопрос и ссылка Драксиса дают основу, необходимую для точного понимания того, почему мы все еще ищем способ примирить гравитацию с ОТО.

Общая ковариантность применима только к свободно падающим наблюдателям — как только вы вызываете негравитационные силы, такие как внутреннее давление стены, наблюдатель больше не падает свободно.

Простой способ отличить гравитацию от вращающейся космической станции: подбросить мяч прямо в воздух. Если он идет прямо вниз, гравитация. Если он удаляется от вас (отставая от вашей тангенциальной скорости), это вращающаяся космическая станция.

Более простой способ может состоять в том, чтобы просто положить на пол прямую жесткую балку. Если вы обнаружите, что пол вогнутый, вы, вероятно, находитесь на космической станции. Описанный вами метод будет работать только на относительно небольшой станции (которой, следовательно, потребуется довольно большая угловая скорость для достижения центробежного ускорения 9,8 м / с), где вы, вероятно, заметите вогнутость пола, просто взглянув на нее. Это явление можно было бы наблюдать и на Земле, но угловая скорость планеты достаточно мала, поэтому атмосферное сопротивление имеет тенденцию затмевать его влияние на баллистические объекты.

Если бы обитатели космической станции не знали о ее конструкции и не могли выглянуть в окно, то невозможно было бы определить, вращается ли она или они находятся рядом с планетой размером с Землю, которая вызывает гравитацию.

Обращение вокруг другой космической станции вызовет ощущение гравитации, и, похоже, вы сами себе противоречите. Если есть какое-либо вращательное движение тела вокруг собственной оси или вокруг другой космической станции, то находящиеся на ней люди почувствуют силу, которую вы определили как гравитацию. Они не могут этого почувствовать, как в сценарии с вашей космической станцией 1.

Вот как я это вижу, как непрофессионал.

Что касается ускорения, то вам не нужна фиксированная точка отсчета. В отличие от скорости, которая определяется как относительная к скорости чего-то другого, ускорение абсолютно в том смысле, что оно не относится к чему-то другому.

Я остаюсь непредубежденным, что я могу что-то упустить здесь, потому что, как я уже сказал, я не эксперт ... но я верю, что даже без окон, если бы он вращался, вы бы знали это, потому что вы застряли бы в стороне стена (т.е. это будет ощущаться как гравитация - я знаю, что это не гравитация, но это будет ощущаться кем-то на космической станции).
Пример с двумя космическими станциями не нужен, чтобы проиллюстрировать мой вопрос, я просто добавил его, потому что думал, что это помогло мне изложить свою точку зрения ... но, возможно, это только добавило путаницы. В любом случае, главный вопрос, который у меня есть, заключается в том, почему вы чувствуете эффект вращения, если в состоянии покоя нет фиксированной точки, определяющей, что вы вращаетесь?
или как можно объяснить эффекты, которые вы почувствуете в ускоряющемся космическом корабле, когда во Вселенной нет неподвижного «покоящегося» объекта, потому что для того, чтобы этот объект ускорялся, вы должны сравнить его с какой-то другой системой отсчета.
ускорение не связано ни с чем. вы почувствуете это внутри черного ящика, скорость не очень.
правильно, так почему вы чувствуете эффекты ускорения внутри черного ящика? Суть моего вопроса?
из-за инерции ваша кровь и все остальное будет пытаться сопротивляться ускорению и «остаться позади», давая настоящее настоящее ощущение.
"нет способа сказать" не является правильным. Вам нужен только гироскоп. Или подвесить маятник Фуко к потолку.

«Эталон» для ускорения — это его собственное предыдущее «состояние». Это означает, что для линейного ускорения это начальная точка до начала линейного ускорения (при t = 0). А для углового ускорения это воображаемая линия, определяемая центром вращения и начальным положением в момент t = 0 ( т час е т а = 0).

Я думаю, что понимаю, о чем вы говорите, однако это все еще не решает один простой вопрос, как определить, изменилось ли состояние. Например, при ускорении он изменил положение относительно начальной точки/линии, но начальная точка/прямая относительно чего? Если по отношению к себе, то нет, он вообще не изменил положения, потому что эта точка/линия продолжает следовать за ним. Итак, мне кажется, что эту начальную точку нужно как-то определить безотносительно к самому ускоренному объекту. Это означает, что должна быть какая-то фиксированная ссылка.
Позвольте мне пояснить... не обязательно "фиксированная" ссылка как таковая (я полагаю, она может быть переменной или фиксированной), но какая-то внешняя ссылка, отличная от самого ускоренного объекта, была бы необходима для "изменения" положения.
Почему вращение имитирует гравитацию, если движение относительно?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v