Si la velocidad absoluta no existe, ¿cómo podemos decir que un cohete acelera en el espacio vacío?

Question

Si un cohete en el espacio dispara sus propulsores, es impulsado hacia adelante según las leyes del movimiento. Esto puede medirse por su posición respecto a otros cuerpos del universo.

Hipotéticamente, si existiera un universo completamente vacío a excepción del cohete y éste disparara sus propulsores, seguramente se aplicarían las mismas fuerzas (aunque no se pudiera medir su movimiento). El hecho de que no podamos medir un acontecimiento, ¿es lo mismo que decir que nunca ocurrió? ¿Es correcto decir que el cohete no se movió?

Answer 1

Dentro del contexto de la mecánica newtoniana, hay una respuesta sencilla: las velocidades no son absolutas, sino diferencias en las velocidades son. Así que se puede afirmar que la aceleración se produce sin ambigüedades.

En la relatividad especial, esto es un poco más complicado debido a la adición de la velocidad relativista, pero todos los observadores pueden calcular inequívocamente una aceleración "propia" para cada objeto, que es la aceleración en el marco de reposo momentáneo de ese objeto.

De hecho, la misma lógica sigue funcionando en la relatividad general; la aceleración es inequívoca incluso en un universo sin materia. Sin embargo, en ciertas posturas filosóficas inspirado por la relatividad general, la cuestión es más complicada porque se podría adoptar una posición machista de línea dura, en la que el movimiento sólo debería definirse en relación con otra materia. Pero en este caso todavía se puede responder a la pregunta porque hay movimiento en relación con el escape.

Answer 2

Los propulsores de un cohete funcionan expulsando masa de reacción (escape). Se puede medir el movimiento del cohete por su distancia a la masa de reacción. El cohete se mueve en relación con su reactor.

Se puede decir que el cohete no se ha movido, pero no porque no se pueda medir. El centro de masa de un sistema cohete-reactante* nunca va a ninguna parte -ni siquiera en nuestro universo**- porque la fuerza del cohete sobre su reactante es igual y opuesta a la fuerza del reactante sobre el cohete. En este sentido, el centro de masa del sistema cohete-reactante no se ve afectado por los propulsores porque éstos son internos al sistema en cuestión.

* Editado para mayor claridad.

** A menos que actúe una fuerza externa.

Answer 3

¿cómo podemos decir que un cohete acelera en el espacio vacío?

Según la tercera ley de Newton, el cuerpo en un cohete experimentará una pseudofuerza con dirección opuesta a la de la aceleración del cohete. Es decir, la aceleración del cohete inducirá el peso del cuerpo que puede ser observado / medido:

Es como el agua "se siente" fuerza centrífuga . Lo que realmente no podrá distinguir es que si el cohete vuela con aceleración O si ya ha aterrizado en algún planeta dado que los astronautas estaban durmiendo en un viaje y no hay ventanas para ver la superficie del planeta y el tablero del cohete está roto mostrando una falsa aceleración. Es una conclusión directa de Principio de equivalencia .

Answer 4

Aceleración y velocidades relativas

No se puede medir una velocidad absoluta, eso es correcto. Pero una velocidad absoluta aceleración puede. Por ejemplo, con una simple escala.

Midiendo la aceleración, puedes conocer tu velocidad. Este es un sistema que, por ejemplo, ya se utiliza desde hace tiempo en los aviones, conocido como sistema de navegación inercial .

Está la otra parte, la velocidad relativa, como ya se ha mencionado en otras respuestas: mientras el absoluto La velocidad no es medible, las diferencias sí. Y en este caso se puede medir la diferencia con el escape del cohete.

Las velocidades relativas son las sólo los que realmente importan.

Answer 5

Si establecemos el universo utilizando la mecánica de Newton, podemos obtener una definición (casi inútil) de la velocidad absoluta a partir del propio big bang. Si el momento se conserva y la energía no (lo que no puede ser), la velocidad absoluta se define a partir del marco de referencia inicial del Big Bang.

Podemos hacer lo mismo en la relatividad general para algunos conjuntos de condiciones iniciales pero no para otros, pero no hay una prueba sencilla para esto porque la conservación del momento y la conservación de la energía están vinculadas en la relatividad general. En todos aquellos para los que esto funciona, la velocidad absoluta es equivalente a la velocidad de la radiación cósmica de fondo.

Los cohetes aceleran empujando la masa hacia atrás. Las fuerzas débiles resultantes de la interacción CMB son despreciables para cualquier cohete razonable, por lo que si se dispara en el espacio profundo, el marco de referencia razonable es el marco inicial del cohete, y no hay ningún cambio en la posición del centro de masa del cohete + el escape. Como deberíamos esperar de esto, la eficiencia del motor es exponencial con la velocidad del escape del motor.

Así que la respuesta efectiva a su pregunta es "no nos importa". Las leyes de la física de la época de Newton nunca se preocuparon de cuál es el marco efectivo. Si tomas las leyes de la física y tomas el límite* como $c$ va al infinito, la mecánica de Newton vuelve a desaparecer.

*Sí, sé que tomar el límite de una constante no tiene sentido matemático. Lo que buscamos es reintroducir la suposición de Newton de que la velocidad de la luz es demasiado grande para que importe algo más.