Таким образом, очевидно, что не существует такой вещи, как универсальная система отсчета для скорости. Согласно теории относительности, между двумя наблюдателями, движущимися относительно друг друга, нет никакой разницы, они оба испытывают одинаковые законы физики. Однако относится ли то же самое к ротации?
Объект получает энергию вращения, когда к нему прикладывается крутящий момент, и он также оказывает силы на другие объекты в зависимости от скорости своего вращения. Это использовалось во многих научно-фантастических фильмах, где космический корабль имеет вращающуюся часть (как, например, в марсианском), и астронавты могут случайно стоять там из-за силы, которую вращающаяся часть оказывает на них. их. Очевидно, это не сработало бы, если бы эта часть корабля не вращалась. Однако как узнать, вращается он на самом деле или нет? Если мы можем сказать, так ли это, то не существует ли универсальной вращающейся стационарной системы отсчета, с которой мы должны сравнивать все, что вращается?
Вращающаяся система отсчета не является инерциальной системой отсчета: во вращающейся системе отсчета объекты ускоряются, даже если на них не действуют никакие силы.
В вашем примере вы можете легко определить, вращаетесь ли вы или вселенная вокруг вас. В первом случае на корабле есть искусственная гравитация, а во втором ее нет.
Так что да, вращение работает иначе, чем скорость. Однако не существует одной «универсальной стационарной системы отсчета», их много: класс систем отсчета, которые не вращаются и не ускоряются каким-либо другим образом, - это инерциальные системы отсчета.
Все остальные ответы на этот вопрос следуют классическому ходу мысли: мы можем различать две следующие ситуации:
Идея состоит в том, что в случае (i) мы будем наблюдать Кориолиса и центробежную силу (последняя является той, о которой писал ОП, упоминая научные изобретения), но не в случае (ii).
Этот спор восходит, по крайней мере, к Ньютону, и ключевым моментом в размышлениях Маха было то, что инерция должна полностью объясняться гравитацией. Очень хороший исторический отчет можно найти в [Pfi07], который легко читается неспециалистами (к которым я отношу себя!). В этой статье показано, как на протяжении 20-го века физики медленно приходили к осознанию того, что вращающаяся почти сферическая оболочка материи индуцирует внутри себя силу Кориолиса и центробежную силу, и именно так (математическую демонстрацию результата можно найти в классической статье того же автора и соавтора [PB85]). Под индукцией я подразумеваю гравитационный эффект вращающейся оболочки: я не предполагаю, что все внутри оболочки вращается вместе с ней (это было бы круговым рассуждением!).
Несмотря на то, что это совсем нереалистично, это должно заставить нас задуматься, поскольку полностью противоречит классическому ходу мысли, о котором я напомнил выше: случай (ii) в точности воспроизводит случай (i)!! Теперь можно спросить, относительно чего вращается эта оболочка материи. Ответ заключается в том, что постулируется асимптотически плоское пространство-время: проще говоря, бесконечно далекое, первый принцип Ньютона остается в силе, т. е. пробная масса не подвержена никаким гравитационным или инерционным силам. Однако внутри оболочки наблюдатель, наблюдающий за траекториями движущихся тел, придет к выводу, что он привязан к вращающейся системе отсчета, хотя на самом деле это не так.
Я не утверждаю, что это ни в коей мере «окончательный» ответ, но это очень интересная пища для размышлений…
[Pfi07] Герберт Пфистер. К истории так называемого линзового эффекта. General Relativity and Gravitation, 39(11):1735–1748, ноябрь 2007 г. Бесплатный доступ на сайте citeseerx.
[PB85] Х. Пфистер и К. Х. Браун. Индукция правильной центробежной силы во вращающейся массовой оболочке. Классическая и квантовая гравитация, 2(6):909, 1985.
Я собираюсь сказать нет - не существует универсальной системы "покоя" для вращения. Конечно, здесь, на Земле, мы можем измерить наше вращение и найти фиксированную систему отсчета относительно Вселенной. Более того, другие люди в Солнечной системе могут с этим согласиться, если только они не заметят незначительное перетаскивание кадров (также известное как эффект линзы-Тирринга).
Вблизи вращающейся черной дыры эффект может быть большим, и если вы находитесь в своем космическом корабле, не чувствуя центростремительной силы [то есть, вы официально не вращаетесь] — наблюдатели на Земле увидят, как вы вращаетесь, и наоборот.
Кроме того: перетаскивание кадра может быть дифференциальным, поэтому две соседние точки по-разному определяют «не вращающийся». Отсюда возникают так называемые вихревые линии для визуализации пространства-времени вблизи черных дыр:
http://www.caltech.edu/news/physicists-discover-new-way-visualize-warped-space-and-time-1680
Да, есть универсальная система отсчета для вращения. Можно также привести тривиальный аргумент, что таких систем отсчета бесконечно много, и все они будут иметь нулевую угловую скорость по отношению друг к другу и к общей дальнодействующей структуре Вселенной.
Вращающийся объект (или набор вращающихся объектов), который каким-то образом удерживается во вращении вокруг точки силой, отличной от взаимного гравитационного притяжения, не движется свободно вдоль геодезической [ https://en .wikipedia.org/wiki/Geodesics_in_general_relativity] - существует постоянное ускорение, возникающее в результате силы, которая удерживает объект(ы) вдоль траекторий вращения, обычно называемой центростремительной силой. Это может быть в форме натяжения струны или другого механического соединения, удерживающего несколько объектов вместе, когда они вращаются вокруг друг друга, или в случае одного объекта, который деформируется (выпучивается) — например, сфера, которая выпячивается на экваторе. - это связность его материала, обеспечивающая необходимую стабилизирующую силу, гарантирующую, что он не развалится.
В системе отсчета объектов, вращающихся вокруг друг друга (или частей объекта, вращающихся вокруг своей оси вращения), ощущается соответствующая центробежная сила, которая иначе не ощущалась бы, если бы такого вращения не было .
Наличие этой центробежной силы указывает на то, что объект (объекты) вращается. Вращение можно рассматривать как связанное с общей дальнодействующей структурой Вселенной. Есть некоторые споры о том, как именно это определить [ https://en.wikipedia.org/wiki/Absolute_rotation ], но в целом считается, что наличие центробежной силы, которая, по-видимому, разделяет вращающиеся объекты. признак того, что рассматриваемый объект(ы) вращается(ются) относительно абсолютной системы отсчета.
В частном случае двух или более гравитационно-связанных объектов, вращающихся вокруг их общего центра масс, эти объекты (любые любые наблюдатели на них) фактически свободно движутся по геодезической, и сила гравитации действует на наблюдателя, находящегося на одном из этих объектов ( например, астронавт на МКС, вращающейся вокруг Земли) точно уравновесит любую центробежную силу, которая, как ожидается, возникнет в системе отсчета такого наблюдателя.
Объяснение, представленное в arXiv:physics/0409010, достаточно доступно для широкой аудитории.
В рамках ОТО гравитационно-ускоренной теории относительности вращательное движение не является инерциальной системой отсчета. Инерциальная система отсчета в ОТО должна иметь постоянную скорость и направление движения. Для GR ускорение означает, что он движется с ускоренной скоростью по прямой линии, или с фиксированной скоростью в переменном направлении, или и то, и другое.
Однако что касается СТО, то вращательное движение с постоянной скоростью является инерциальной системой отсчета. Постоянное изменение направления не влияет на замедление времени SR, и для явления учитывается только постоянное значение скорости. Кроме того, круговое вращение с фиксированной скоростью не вызывает никакого замедления времени ускорения GR, как было продемонстрировано в недавнем мюонном эксперименте g-2 Fermilab, и было измерено только замедление времени постоянной круговой скорости SR. Что доказывает мою точку зрения.
Привлечение GRT
Траектории света описывают геодезические пространства в соответствии с уравнением поля. Если предположить, что система отсчета вращения независима, а Вселенная вращается относительно геодезических пространств, а фиксированный источник света испускает лучи, то Вселенная будет наблюдать траектории как спирали. Мы этого не наблюдаем!
Мысленный эксперимент внутри СТО:
Рассмотрим оптическую систему, которая позволяет лучу вращаться вокруг объекта по окружности (или правильному многоугольнику с достаточным количеством сторон) с фиксированным радиусом r . Теперь мы ожидаем, что все предположения выполняются в обеих системах, независимо от вращения.
Пусть Вселенная, включая оптическую систему, вращается вокруг неподвижного объекта с угловой скоростью . Поскольку оптическая система не движется в направлении радиуса, к радиусу не применяется сокращение длины. Из-за инвариантной временной базы [3] период T луча остается неизменным.
В случае, когда Вселенная и луч вращаются в одном направлении, длина пути луча после периода T равна [1]
Как инвариантны, любые приводит к противоречию.
Вывод: СТО не поддерживает равенство систем вращения.
СлучайныйПреобразование Фурье