Si la gravedad fuera una fuerza "real", ¿cómo podría saber si estoy cayendo o acelerando en el espacio o en la Tierra?

Question

Antecedentes:

Creo que sería útil para los profanos como yo entender en qué se diferencia, en la práctica, una fuerza "real" de una pseudofuerza. Prácticamente todas las explicaciones (por ejemplo, en esta pila , Wikipedia , Quora , grandioso Vídeo de Veritasium ) de la diferencia entre una pseudofuerza y una fuerza real que utilizan el experimento mental sobre el marco de referencia de caída libre/aceleración se centran en que el objeto que cae/acelera no puede saber si cae/acelera en el espacio o en la Tierra, pero no explican en qué se diferencia de una fuerza real.

Tal y como yo lo veo, un argumento de que la gravedad no es una fuerza real debería proceder como sigue:

1. Así es como se comportaría un objeto que cae/acelera si la gravedad fuera una fuerza real.
2. Un objeto que cae/acelera no se comporta así;
3. Por lo tanto, la gravedad no es una fuerza real.

Basado en esta gran respuesta Creo que la diferencia entre una fuerza real, como por ejemplo la fuerza electromagnética, y la gravedad, es que la masa del objeto no afecta a su aceleración bajo la gravedad, mientras que la masa del objeto (o mejor dicho, la relación entre la masa y la fuerza del campo) sí afecta a su aceleración bajo la fuerza electromagnética. Yo interpreto esto como que si dejo caer objetos de hierro de distintas masas desde la misma altura, entonces se acelerarán hacia la Tierra a la misma velocidad (llegando al suelo al mismo tiempo), mientras que si los coloco a la misma distancia de un imán fuerte, entonces se acelerarán hacia el imán a velocidades proporcionales a sus masas (llegando al imán en momentos diferentes).

Además, creo que la implicación detrás del experimento mental de que uno no puede diferenciar entre ingravidez y caída libre, o aceleración y gravedad, es que con respecto a una fuerza real, uno sería ser capaz de notar la diferencia. Esto nos lleva a preguntarnos... ¿cómo?

Pregunta:

Centrándose en cómo la gravedad no es una fuerza real, más que en cómo la gravedad es una pseudofuerza, creo que las siguientes preguntas son esencialmente equivalentes, por lo que responder a cualquiera de ellas debería ser suficiente, pero puedo estar equivocado al respecto:

• Si la gravedad fuera una fuerza "real", ¿cómo podría saber si estoy sin peso en el espacio o en caída libre hacia la Tierra?
• Si la gravedad fuera una fuerza "real", ¿cómo podría saber si mi nave está acelerando "hacia arriba" en el espacio o si estoy en la Tierra siendo acelerado "hacia abajo" por la gravedad?
• Si llevo un traje ferromagnético (cota de malla) mientras mi nave no magnética (de plástico) vuela cerca de un magnetar Entonces, ¿cómo podría saber si mi nave está acelerando para alejarse del magnetar o si estoy siendo atraído hacia él?
• Si me despierto en una cama de hospital en una nave espacial desconocida, y siento que la cama me presiona / yo presiono la cama, entonces ¿cómo podría saber si ahora soy Lobezno y tengo un esqueleto de metal mientras que la nave es de plástico (imán por debajo de la nave), o si la nave es de metal (imán por encima de la nave)?

Nota: Los gradientes de fuerza (fuerzas de marea) son ignorados en el experimento mental original, y deberían ser ignorados aquí también.

Answer 1

Una pseudofuerza o "fuerza ficticia" es una fuerza que surge al utilizar un marco de referencia concreto. En ciertos marcos de referencia, las fuerzas ficticias desaparecen; estos marcos de referencia se denominan marcos de referencia inerciales. El término "fuerza ficticia" es algo confuso porque una fuerza ficticia seguirá teniendo efectos reales si medimos la posición, la velocidad y la aceleración en relación con un sistema de referencia no inercial.

La gravedad se diferencia de las otras tres fuerzas fundamentales (fuerza electromagnética, fuerza fuerte y fuerza débil) porque ejerce una fuerza sobre todos los objetos que es proporcional a la masa inercial del objeto y, por tanto, da a todos los objetos la misma aceleración (siempre que nos ciñamos a observaciones cercanas o "locales"). Otras fuerzas fundamentales actúan sobre diferentes partículas fundamentales de manera diferente, y no actúan en absoluto sobre algunas partículas. En este sentido, la gravedad es como las fuerzas que dependen del marco, como la fuerza centrífuga o la fuerza de coriolis, por lo que se describe como una pseudofuerza o fuerza ficticia.

El principio de equivalencia dice que no se puede distinguir entre un movimiento acelerado y un campo gravitatorio equivalente con local medidas. Sin embargo, si puedes ver fuera de tu nave espacial, podrías utilizar efectos no locales para distinguir entre estar en la superficie de la tierra y acelerar en el espacio. Por ejemplo, se podrían buscar anisotropías en la radiación cósmica de fondo de microondas.