Я пытался понять, как мы можем говорить об абсолютном вращении в общей теории относительности. Я понимаю, что это область активных дебатов с некоторыми сторонниками принципа Маха и другими, считающими, что абсолютное вращение просто существует. Я думаю, что лучший способ решить эту проблему — попытаться работать с самой простой ситуацией, которую я могу придумать, и мне кажется, что принцип Маха не может выжить в этой ситуации. Итак, мысленный эксперимент:
Вы находитесь на цилиндрически симметричном космическом корабле без каких-либо других объектов во вселенной. Вы начинаете с того, что все находится в состоянии покоя: вы не чувствуете сил, движение описывается метрикой Минковского. Затем вы запускаете большой маховик в центре корабля, вращающийся довольно быстро. Чтобы сохранить угловой момент, корабль будет вращаться в противоположном направлении. Теперь вы вращаетесь вместе с кораблем, поэтому вы чувствуете «искусственную гравитацию», силу, которая прижимает вас к внешнему краю корабля (классически вы бы назвали ее центробежной силой).
Мы можем провести простой эксперимент, который покажет, что мы вращаемся и в каком направлении: просто бросаем по одному мячу в каждом тангенциальном направлении, один будет падать медленнее, а другой быстрее, чем брошенный мяч. Но с учетом релятивистской концепции кажется дурным тоном обращаться к абсолютному пространству-времени, относительно которого мы вращаемся, так почему же мы не можем утверждать, что мы на космическом корабле покоимся, а маховик в центре вращается очень быстро? Можем ли мы написать тензор энергии-импульса, который бы точно описывал движение космического корабля, не заявляя об отдельной «невращающейся системе отсчета»? Кажется, что махисты могут избежать абсолютного вращения, утверждая, что всякое вращение связано с удаленными телами, но без каких-либо других тел во Вселенной, что мы имеем в виду? Это приводит некоторых к выводу, чтоВедро Ньютона не привело бы к тому, чтобы поверхность воды стала вогнутой из-за «вращения» во Вселенной без других тел, но в нашей Вселенной мы начали с неподвижного корабля в системе отсчета, где мы могли бы использовать метрику Минковского. Преобразование метрики в новую (относительно вращающуюся) систему отсчета будет предсказывать геодезическое движение, которое дает эффекты «искусственной гравитации», поэтому в этом примере явно должны иметь место эффекты вращения. Но если бы существовал наблюдатель, который появился только после того, как корабль уже начал вращаться, он не мог бы знать, что в прошлом и корабль, и колесо находились в относительном покое и применялась метрика Минковского, так как же она могла есть ссылка на ротацию.
Единственный способ объяснить все это мне представляется возможным — это заявить об абсолютном вращении, не относящемся ни к каким другим телам. Как принцип Маха может пережить это? Существует ли верный способ записать тензор энергии-импульса в системе координат, которая «думает» о космическом корабле как о покое, а о вращающемся маховике и/или энергии массы корабля как об эффекте, который мы хотели бы приписать? к вращению? Проще говоря: можно ли представить космический корабль невращающимся?
Я склоняюсь к тому, что абсолютное вращение не может быть правильным, поскольку кажется, что оно возвращает нас прямо во времена до Эйнштейна, но от выводов, похоже, трудно отказаться.
Я склоняюсь к тому, что абсолютное вращение не может быть правильным, поскольку кажется, что оно возвращает нас прямо во времена до Эйнштейна, но от выводов, похоже, трудно отказаться.
Нет, это всего лишь философский уклон, который никак не подтверждается фактической математикой.
В самом начале считалось, что скорость абсолютна. Затем пришла теория относительности Галилея и сказала обратное. Если не обращать внимания, можно подумать, что относительность Галилея означает, что ничто не является абсолютным: то есть «абсолютное ускорение не может быть правильным, потому что оно, кажется, возвращает нас во времена до Галилея». Но это просто неправда. Вы не можете просто так сказать, потому что одна вещь не абсолютна, совершенно другая вещь также не абсолютна — это ленивое философствование.
То же самое справедливо и для угловой скорости. Вы можете возразить, что угловая скорость также называется скоростью, поэтому она должна быть относительной, как и линейная скорость. Но это довольно внешнее сходство. В моей книге угловая скорость — это вовсе не скорость, а особый вид периодического ускорения. И мы знаем, что ускорение абсолютно.
Другими словами, мы выходим и наблюдаем определенные симметрии Вселенной. Трансляционная инвариантность говорит нам, что положение не является абсолютным, буст-инвариантность говорит нам, что скорость не является абсолютной, а вращательная инвариантность говорит нам, что угловая ориентация не является абсолютной. Для угловой скорости такой наблюдаемой симметрии не наблюдается.
Можем ли мы написать тензор энергии-импульса, который бы точно описывал движение космического корабля, не заявляя об отдельной «невращающейся системе отсчета»? [...] Если бы существовал наблюдатель, который появился только после того, как корабль уже начал вращаться, он не мог бы знать, что в прошлом и корабль, и колесо находились в относительном покое и применялась метрика Минковского, так как она могла иметь ссылку на вращение.
В формализм общей теории относительности уже с самого начала заложена структура вращающихся и невращающихся систем отсчета в виде связности Леви-Чивиты. Это предшествует понятию любого наблюдателя или любого конкретного содержания материи. Это заставляет общую теорию относительности не подчиняться принципу Маха, хотя самому Эйнштейну это не нравилось.
В частности, предположим, что мы находимся в пространстве-времени Минковского, где связь плоская. Инерционная система отсчета — это система, в которой все коэффициенты связи равны нулю. Это сохраняется благодаря преобразованиям Лоренца, но не при переходе к вращающейся системе отсчета. Поскольку коэффициенты связи могут быть измерены локально, наблюдатель может определить, какие системы отсчета являются инерционными, даже если они вообще не имеют угловой привязки. (Тензор энергии-импульса находится обычным образом, но его закон сохранения напрямую зависит от подключения. То же самое относится и к геодезическому уравнению.)
Сэмми Песчанка
Физическая математика
Сэмми Песчанка
BuckFilledУтконос
Физическая математика
пользователь 253751