¿Cómo un cuerpo aislado en el espacio profundo 'sabe' que está girando?

Question

Podemos imaginar un objeto flotando en el universo conocido, a una distancia máxima de cualquier otra gran masa. Tal vez haya estado allí desde que se unió después del Big Bang.

¿Qué fenómenos físicos le dicen si está girando en relación con el resto del universo y, por lo tanto, experimentando una fuerza centrífuga (?).

¿Es la gravedad combinada de toda otra materia? ¿Es 'una acción espeluznante a distancia'? ¿Es porque está girando en relación con el 'espacio vacío'?

Answer 1

Este es un problema de larga data en la física y que no ha sido totalmente resuelto a nadie satisfacción. No es sólo el movimiento de rotación, el movimiento está sujeto a esta preocupación. Muy básicamente, ¿qué es el "movimiento" de un objeto singular en su propio universo?

Mach fue uno de los primeros en explorar este tema. Habló de las masas en el espacio profundo y se preguntó si habría impulso. Él llegó a la conclusión de que tenía que hacerlo, y luego fue en busca de posibles soluciones para el problema evidente de la falta de cualquier tipo de gobernante universal.

Él llegó a la conclusión de que la distribución de la masa del universo como un todo (que en ese momento era la vía Láctea recordar) forma una especie de impulso de fondo contra el cual todos los objetos, local o no, en realidad la medida en contra. Así que incluso en el caso de que cuando estás estudiando la colisión de los objetos en una mesa de billar, el impulso que la medida no es en relación a la tabla, es "realmente" en relación a esta estructura universal, pero en el final de la tabla es así que se puede reducir de esa manera.

De una manera más directa en la solución del problema fue ofrecido por Brans-Dicke teoría. Esta es una teoría que es muy similar a la de la Relatividad General en la que se le atribuye muchas cosas, en particular la de la gravedad, a la geometría del espacio-tiempo. Sin embargo, también se añade un segundo ámbito lineal que es una especie de "cocido al horno en" el universo cuando se crea. Este campo crea un fondo de marco de referencia para el impulso.

Así que si BD teoría es correcta, sí, un universo con un solo objeto en el que sin duda se siente momento angular.

Desafortunadamente, como lo que podemos decir, BD está mal. No hay evidencia directa de esto, pero cae a la Navaja de Occam. El problema es que el BD tiene una constante de acoplamiento (alfa IIRC) que define cómo fuertemente este otro campo de las parejas del espacio-tiempo - es básicamente similar a la G en la normal de la GR. A medida que cae a cero, la teoría se convierte en GR en el mismo tipo de manera que Newtoniana de la gravedad es el débil campo límite de GR.

Usted puede medir alfa indirectamente, y a la fecha de cada nueva medición de fuerzas cada vez más a cero. Así GR gana.

Answer 2

Científicamente, no hay ninguna razón para esperar que la velocidad de rotación a ser relativa. Para ver por qué, pensar acerca de la velocidad lineal de la primera.

Históricamente, empezamos con la física Aristotélica, la cual establece que la velocidad lineal no es relativa; los objetos tienen una preferido marco del resto. A continuación se obtienen de Galileo en la física, donde la velocidad lineal es relativo.

¿Por qué estas teorías dicen cosas diferentes? Si usted trabaja dentro de la teoría, Aristóteles le dirá que los objetos que desea ir a su "estado natural de reposo", mientras que en el de Galileo marco se podría decir que hablar de "Galileo simetría", o sistemas de inercial y la primera ley de Newton. Hay un montón de alta-mente la teoría y grandes palabras en ambos lados, pero lo que realmente todo es el de los datos experimentales. Aristóteles observó que un vuelo de la flecha siempre vienen a descansar. Galileo argumentó que no se podía detectar la velocidad en el interior de un barco en movimiento. Sus teorías se diferencian debido a que comenzaron a partir de distintas observaciones sobre el mundo.

Por supuesto, hoy en día la física de Galileo es conocido, pero es importante recordar que el orden de la lógica aquí. No concluimos la velocidad es relativa porque el mundo ha Galileo simetría. Hemos observado que la velocidad es relativa, a continuación, se describe que la observación a través de Galileo simetría. No es la única opción; el mundo pudo haber sido de otra manera.

Así que si usted intenta ampliar los puros, los argumentos teóricos de Galileo simetría para reclamar que el lineal aceleración es, obviamente, relativa demasiado, usted está consiguiendo es completamente al revés. Aceleración lineal es simplemente diferente de la velocidad lineal. Usted no sabe nada acerca de esto, a priori, tiene que salir y ver. Hay que notar que se puede decir cuando un tren está acelerando aún con los ojos cerrados, así que la aceleración lineal es no familiar.

Ahora considere la velocidad de rotación. Uno podría decir ingenuamente velocidad de rotación es la misma cosa como la velocidad lineal, porque ambos están llamados velocidades. Pero desde el punto de vista de cada partícula en un cuerpo rotatorio, la rotación es simplemente un particular, patrón periódico de aceleración lineal. Así que desde la velocidad de rotación tiene similitudes tanto a la velocidad lineal y la aceleración lineal, que los argumentos teóricos debemos aplicar? Respuesta: ninguno. Una vez más, tenemos que ir y comprobar, y una vez que lo hacemos, nos encontramos con la velocidad de rotación no es relativa.

Ese es el final de la historia. Se podría pensar, como Mach, que el universo habría sido más simétrica, más lógico, si la velocidad de rotación habían sido relativa. Pero simplemente no es de esa manera, y no llegar a imponer una simetría en la Naturaleza no tiene por fuerza. No es así como funciona la ciencia.

Answer 3

Si usted está hablando acerca de la rotación del cuerpo alrededor de su Centro De Masa, que puede ser detectada, debido a que las diferentes partes del cuerpo tienen diferentes aceleración y, por lo tanto, habrá de fuerzas internas, que podría ser medido, al menos, teóricamente.

Si usted está hablando acerca de la rotación del cuerpo en relación a algún remoto de masa debido a su fuerza gravitacional, sería una caída libre y no sería detectable, porque todas las partes del cuerpo va a experimentar la misma aceleración y no tendría fuerzas internas entre ellos para ser medido.

Answer 4

En la Relatividad General, no hay ningún fondo para el espacio-tiempo y de manera absoluta no existe marco de referencia. Sin embargo, en la Relatividad Especial (SR) hay un fondo a partir de la cual las aceleraciones son absolutos. Así, la teoría Especial de la Relatividad es, precisamente, la arena en la que describe - un espacio vacío de la materia así que debemos ignorar la gravedad. Hay una buena discusión aquí.

¿Qué fenómenos físicos que indican si se está girando con respecto al resto del universo

Un observador en reposo en el centro del objeto no sentiría ninguna aceleración, pero para un observador en el borde del objeto que se siente una aceleración, que se podría interpretar como un efecto gravitacional y que es indistinguible de una fuerza inercial. PERO, esta es la esencia de la Teoría General de Einstein de la Relatividad (GR), donde la gravedad es un efecto inercial.

Es la combinación de la gravedad de todas las otras?

No del todo. Como Ben señaló, el espacio-tiempo de Minkowski (con la parte plana de la métrica de Minkowski) es una solución de las ecuaciones de Einstein de la GR, y esta es una manera de decir que la GR no es completamente de Machian teoría de la gravedad. Lo que esto significa en última instancia es que el local de la física de GR no está totalmente determinado por la inercia del resto del universo.

Entonces, ¿qué está pasando aquí? Brans-Dicke teoría se extiende GR y es posiblemente más Machian que las clásicas GR ya que la constante gravitacional de Newton, $G$, varía con el tiempo según un escalar campo $\phi$ que actúa como telón de fondo. Aquí, un objeto girando en el vacío sería capaz de "saber" es rotatorias, porque si un observador en el COM del objeto pistas de un punto de la misma durante la rotación de distancia de la COM, a continuación, la COM observador medir diferentes valores de $G$ en diferentes posiciones en la rotación, lo que significa que hay movimiento, y el observador podría deducir que el cambio en la $G$ es debido al movimiento de rotación frente a movimiento lineal. Entonces, ¿qué significa esto? Esencialmente, usted ha hecho una muy buena pregunta que nuestras mejores teorías de la gravedad no están de acuerdo, ya que GR falla en relativizar el movimiento de rotación (debido a la Minkowski límite asintótico), y Brans-Dicke gravedad proporciona un campo de fondo por la que relativistically detectar el movimiento de rotación (el escalar campo $\phi$).

Answer 5

Depende mucho del tamaño del cuerpo, la forma, la masa y su distribución, la velocidad de rotación, la atmósfera y de sus movimientos, etc.

• La fuerza centrífuga es bueno para los relativamente pequeños objetos que giran rápidamente. En una situación óptima, se crearía una fuerza neta dirigida fuera del centro del cuerpo - en tal caso, la situación es bastante clara. Sin embargo, si la gravedad es más fuerte que la fuerza centrífuga, se tendría que comparar las dos fuerzas para descubrir posibles anomalías - pero entonces usted necesita para saber con precisión la distribución de la masa para hacer los cálculos correctamente. También, el método no funciona para los grandes, poco a poco los cuerpos en rotación. Después de todo, ¿sientes la fuerza centrífuga en la Tierra? Es posible ser a la medida como en el ecuador es del 0.3% de la Tierra, la aceleración, que para 100kg cuerpo hace una diferencia de 0,3 kg entre el polo y el ecuador. Así que es posible de ser medido, pero debe excluir un número de otros factores.

• Una variante de la anterior: si el cuerpo está cubierto con un líquido, se puede intentar medir la forma de la superficie. Y, por supuesto, considerar la distribución de la masa en el interior: un ligeramente aplanada sólidos mundo cubierto por un océano podría crear una anomalía de la gravedad que podía ser tomado por una rotación.

• El péndulo - que podría ser utilizado para medir la aceleración en diversas partes del cuerpo, o para descubrir la Foulcault efecto. Pero se requiere de considerable gravedad de la masa para que funcione correctamente, por lo que es mejor para grandes cuerpos con significativa de masa, como de grandes lunas' o planetas de tamaños. No me lo esperaba para que funcione correctamente en un cuerpo pequeño, como un asteroide o ISS.

En mi opinión, estos métodos parecen ser los más universal:

• un giroscope - conserva la constante dirección del eje en 3d, así que por la distribución de varios de ellos en diferentes partes del cuerpo y apuntando en varias direcciones, usted debe ser capaz de descubrir la rotación. Por favor, tenga en cuenta que puede que tenga que considerar la precesión en un campo de gravedad.

• Fuerza de Coriolis - por el lanzamiento de objetos en diferentes direcciones y a diferentes velocidades, y la comparación con la recta líneas de referencia que debe ser capaz de descubrir e incluso medir la rotación. Por favor, tenga en cuenta que la distancia debe ser lo suficientemente grande. En la Tierra, en distancias de pocos kilómetros el efecto es apenas medibles. El método es propenso a errores ocasionados por atmosferic movimientos (vientos), también dudo si usted podría descubrir si la superficie sólida está cubierto con un líquido. En tales situaciones, se puede observar a gran escala de las tendencias en atmosferic movimientos (ciclones, anticiclones, las corrientes de líquido, etc).

• Una variante de la anterior: se puede disparar a un objeto hacia arriba, exactamente opuesta a la dirección de la fuerza de la gravedad. Si no caiga en su escopeta, se puede decir que el barril está sesgada, ya que el cuerpo está girando (y no está en el polo).

• Usted también puede enviar un par de satelites en varios hights y medir la dirección y la fuerza de empuje que necesita para aplicar para mantenerlos exactamente sobre un punto seleccionado en la superficie.

Así que, aunque todos los métodos son propensos a errores y puede requerir la resolución de problemas prácticos, especialmente con la medición precisa, hay un par de métodos, y ninguno de ellos depende del marco externo de referencia.