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¿Puede existir aceleración sin velocidad?

Si estaba en una nave espacial que acelera continuamente en $9.81m/s^2 =1g$ en línea recta, llegaría a cerca de velocidad de la luz dentro de un año.

En la tierra, estamos en un campo gravitacional de $1g$, que según el principio de equivalencia significa efectivamente que estamos acelerando en $9.81m/s^2$.

¿Qué significa esto? ¿Cómo podemos ser acelerar sin aumentar nuestra velocidad? ¿Hay alguna manera de ver esto, de algún otro marco inercial, que significa que estamos viajando junto a la velocidad de la luz?

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JRT Puntos 97

Permítanme parafrasear la pregunta para dejar en claro lo que yo estoy respondiendo. El principio de equivalencia nos dice que la aceleración y la gravedad son (a nivel local) equivalente. Pero la experiencia cotidiana nos dice que una aceleración de las velocidades de objetos a la distancia a una velocidad cada vez mayor, mientras que el $1g$ aceleración de la gravedad estoy sintiendo ahora no ha aumentado mi velocidad en los 54 años que he estado experimentando. Entonces, ¿cómo puede la aceleración y la gravedad sean equivalentes?

La respuesta es que la aceleración se mide en relación a la caida libre observador, es decir, un observador que no está acelerando. Si usted está en el cohete acelera a $1g$, a continuación, en su propio marco de coordenadas está en reposo y a su propia velocidad no cambia. Sin embargo, si usted lanza uno de sus compañeros de tripulación fuera de la esclusa de aire de verás acelerar lejos de usted en $1g$. Su velocidad está cambiando en relación a su caida libre de la tripulación de mate.

Del mismo modo que aquí estoy en la superficie de la Tierra experimenta una aceleración de $1g$, y en el mío propio marco de coordenadas estoy en reposo y mi velocidad no cambia. Sin embargo, si me tiro abajo de un pozo de la mina voy a ver que acelerar en $1g$. La aceleración de la gravedad es cambiar mi velocidad relativa a usted.

Así que los dos escenarios son de hecho equivalentes. Sentado aquí en mi laptop escribiendo esto me estoy acelerando a $1g$, y como resultado de esta aceleración mi velocidad realmente está aumentando en relación a una caida libre de observador.

Pero sigue habiendo una gran diferencia. Si mi cohete tiene suficiente combustible puedo seguir acelerando de forma indefinida y la desafortunada alma tiré de la esclusa de aire se mantenga la aceleración relativa (para mí) de forma indefinida. Por tanto, como la pregunta dice:

Si yo estuviera en una nave espacial continuamente la aceleración de a $9.81m/s^2 =1g$, en línea recta, me gustaría llegar cerca de la velocidad de la luz dentro de un año.

Por el contrario si me tiro abajo de un mineshaft se va a acelerar en primera, pero sólo por un tiempo limitado. Como llegar al centro de la Tierra (se trata de un profundo mineshaft) su aceleración relativa para mí va a disminuir a cero, a continuación, cambiar de dirección. Si tengo que esperar bastante tiempo que usted va a comenzar a moverse de nuevo hacia mí de nuevo. Esto es muy diferente al comportamiento que ver con una aceleración del cohete.

La razón de la diferencia es que el principio de equivalencia nos dice que la aceleración y la gravedad son sólo equivalente local. No hay ningún completamente uniforme campos gravitacionales en la naturaleza - en todos los campos gravitacionales cambia con la distancia. El principio de equivalencia se aplica sólo a una distancia lo suficientemente pequeña para que el campo gravitatorio es aproximadamente uniforme. Una comparación justa con el cohete se requeriría la aceleración del cohete para cambiar de la misma manera que la aceleración de la gravedad cambiado.

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John Duffield Puntos 4475

Puede haber aceleración sin velocidad?

No.

Si yo estuviera en una nave espacial continuamente acelerando a 9,81 m/s2 =1 g en una línea recta, me gustaría llegar cerca de la velocidad de la luz dentro de un año.

No hay problema con eso, hemos, sin duda, todos los leer sobre el relativista de cohetes.

En la Tierra, estamos en un campo gravitacional de 1g, que de acuerdo con el principio de equivalencia significa que efectivamente estamos acelerando a 9,81 m/s2.

En realidad, el principio de equivalencia se aplica sólo a un infinitesimal de la región. Véase el segundo párrafo aquí. Es "la nada precisamente se dio cuenta de que en el mundo real". Y no estamos efectivamente acelerando. Su velocidad solo que no cambia. Es como usted está acelerando. Se siente una fuerza en sus pies, pero en realidad no se está acelerando.

¿Qué significa esto? ¿Cómo podemos acelerar sin aumentar nuestra velocidad?

Esto significa que no estamos acelerando. Ver este donde Einstein se refiere a un campo gravitatorio como homogénea en el espacio, que la gente suele describir como se curva el espacio-tiempo. De pie en el suelo no homogéneas en el espacio / curva el espacio-tiempo es como la aceleración en el espacio homogéneo plana / el espacio-tiempo , pero no es exactamente el mismo. Si fue así, si realmente se estaban acelerando, su electrones sería la emisión de radiaciones. Usted estaría brillando como el Ready-Brek cabrito, y tú no.

Hay alguna manera de ver esto, de algún otro sistema inercial, eso significa que estamos viajando cerca de la velocidad de la luz?

No. Simplemente no es viajar a casi la velocidad de la luz. Sin embargo, la naturaleza de onda de la materia implica algo de esta índole, que es la razón subyacente por el principio de equivalencia "obras". Para apreciar esto, es mejor comenzar con un solo haz de luz, y trabajar desde allí.

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Patman Puntos 180

Puede haber aceleración sin velocidad?

Sí. El principio de equivalencia muestra que.

Aceleración sin velocidad también resuelve tus otras preguntas acerca de su eventual de velocidad, etc.

Einstein:

Llegamos a una muy satisfactoria interpretación de esta ley de la experiencia, si asumimos que los sistemas de K y K' son físicamente exactamente equivalente, es decir, si asumimos que puede respecto al sistema K como estar en un espacio libre de gravitatoria campos, si luego lo que respecta K como uniformemente acelerado. Esta suposición de física exacta equivalencia hace que sea imposible para nosotros para hablar de la aceleración absoluta de que el sistema de referencia, como el habitual de la teoría de la relatividad nos prohíbe hablar de la velocidad absoluta de un sistema; y esto hace que la igualdad de la caída de todos los cuerpos en un campo gravitacional parece una cuestión de curso.

Hay algunos muy buenos argumentos aquí http://www.mathpages.com/home/kmath528/kmath528.htm que muestran cómo la radiación electromagnética no puede ser emitido de manera uniforme la aceleración de los observadores. Véase también Hace una constante la aceleración de partículas cargadas que se emiten radiación electromagnética o no?

La muy leve la falta de homogeneidad del campo gravitacional de la tierra no viene en la foto, como siempre podemos elegir una región más pequeña de espacio para obtener una región con arbitrariamente pequeña curvatura.

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martinatime Puntos 1863

En primer lugar, usted tiene que ordenar lo que la velocidad y la aceleración de los medios aquí. La aceleración de la que estamos hablando es de lo que se podría medir con un acelerómetro, que básicamente mide la 'bendiness' de su worldline en el espacio-tiempo. Y el espacio-tiempo ha $3+1$ dimensiones.

Por lo tanto, si por la velocidad, la media de un espaciales $3$-vector o su magnitud (velocidad), entonces resulta sorprendente que usted puede tener una aceleración sin velocidad: estás ignorando uno de los componentes de las cuatro de la velocidad en el espacio-tiempo.

Por ejemplo, en una situación estática en las coordenadas espacio-tiempo en el que la métrica la métrica toma la forma $$\mathrm{d}s^2 = -e^{2U}\mathrm{d}t^2 + e^{-2U}h_{ij}\mathrm{d}x^i\mathrm{d}x^j\text{,}$$ donde $e^U$ es el corrimiento al rojo gravitacional factor, en función de las coordenadas espaciales $x^i$, a un observador estacionario tendría un cuatro-la velocidad de la $u = e^{-U}\partial_t$, es decir, a la desaparición de los componentes en las direcciones espaciales. Mientras tanto, los cuatro-vector de aceleración está dada por la derivada covariante de un corrimiento al rojo gravitacional factor: $$a^\mu = U^{;\mu} = g^{\mu\nu}U_{,\nu}\text{.}$$ Para un esféricamente simétrica campo gravitacional (Schwarzschild espacio-tiempo de Schwarzschild coordenadas), tendrá un valor distinto de cero radial componente $a^r$, esencialmente, porque el cuatro la velocidad de un temporalcomponente $$u^t = e^{-U} = \left(1-\frac{2M}{r}\right)^{1/2}$$ que no es constante con respecto a $r$, dando un no-desaparición de derivados.

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