Tal vez mi pregunta va a parecer estúpido, pero yo no soy físico, así que tengo algunos problemas en la comprensión de un clásico Newtoniano experimento: en el cubo de experimento, ¿por qué él tiene que introducir el espacio absoluto para explicar el movimiento acelerado de agua en la cubeta. También he leído que en la física moderna (Einstein) la aceleración del movimiento del agua en el balde se explica por la acción de un campo gravitacional. Cómo funciona esto exactamente? Otras fuentes dicen que el movimiento acelerado sigue siendo un dilema para la física moderna, si es así, ¿por qué? Siento que mi pregunta es un poco amplia, pero realmente tengo un problema de comprensión de este tema, así que gracias de antemano por sus respuestas.
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heathrow
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Newton del cubo es un experimento de pensamiento, no un experimento real (aunque también es fácil de hacer). El punto del experimento es que la noción de "rotación" o "no gira," no se mide por las distancias relativas entre los objetos, sino por el movimiento relativo de los objetos con relación a un espacio-tiempo de la estructura.
Cuando un cubo de rotación, la distancia entre dos átomos es el mismo en la mecánica Newtoniana, por lo que la relación geométrica entre dos partículas no es diferente que cuando está en reposo. Pero cuando se está girando, el agua es empujado por una fuerza centrífuga, y cuando está en reposo, no hay fuerza centrífuga.
Newton concluye que la fuerza centrífuga es una propiedad de la moción de la cubeta en relación a una noción de absoluta no-acelerado espacio. Esta conclusión está ya presente en la estructura de la mecánica de Newton, donde las aceleraciones son las fuerzas físicas, y son sólo las fuerzas físicas, relativa a un marco inercial--- una descripción del espacio en donde los ejes de coordenadas se dan en cualquier momento, de modo que los ejes pueden rotar y moverse a una velocidad constante en relación a otro sistema inercial, pero no se puede acelerar. Esta descripción no es completamente circular, porque es la afirmación de la existencia de la rotación y el de Galileo, la simetría y las leyes de Newton del movimiento, han esta simetría.
En La Relatividad Especial
Newton del cubo se aclaró un poco en la teoría especial de la relatividad. Cuando se ve en el espacio-tiempo, con el tiempo vertical, el movimiento de los puntos estacionarios cubo de hacer líneas verticales que traza un cilindro en el tiempo. Al girar el cubo, las trayectorias de los átomos de la cubeta de hacer espirales en el tiempo. Incluso en Euclid del geomety, espirales son diferentes de líneas rectas, en la que las líneas rectas no tienen curvatura y la distancia mínima de rutas entre dos puntos.
En la relatividad especial, la razón por la que una rotación del cubo es diferente de la no-rotación es, obviamente, geometría pura. El tiempo-caminos de los átomos en el caso de rotación son curvas, mientras que el tiempo-caminos de la no-rotación de cubo átomos son rectas. Las distancias relativas entre los puntos no son sólo las distancias relativas en el espacio, sino en el espacio-tiempo, y estos no son invariantes bajo rotaciones.
Para extender la noción de distancia espacio-tiempo hace que la elección del marco de referencia no es diferente de la elección de los ejes de coordenadas de la geometría. Esto elimina una gran cantidad de las ideas filosóficas de la mordedura de Newton del cubo, porque la única razón por la que las cosas que se esperan a ser el mismo, porque de las tres dimensiones distancias se han conservado. Cuando vea que el de cuatro dimensiones, las distancias no son conservados, ¿por qué iba a esperar que todo debe ser siempre el mismo?
Mach Principio y la Relatividad General
Pero para Einstein, esto todavía no era suficiente. El problema de la izquierda es que la noción de la geometría, la noción de perpendicularidad y la distancia, es algo que está actuando sobre los objetos materiales, pero no actuó. Esto es incompatible con el de Newton tercera ley de filosofía, nada que actúa a su vez debe ser modificado por su acción.
Que esto es antinatural fue señalado por Ernst Mach. Poner Newton cubo fuera en un campo en la noche. Cuando la cubeta está girando, las estrellas distantes están dando vueltas alrededor de la cubeta en su marco, mientras que cuando es todavía, las estrellas distantes todavía. ¿Por qué deben las dos nociones de descanso coinciden?
En otras palabras, Mach se pregunta por qué el local de la noción de "al resto, no hay rotación" debe coincidir con la noción cosmológica de "al resto, no hay rotación". Por esta pregunta, él es permitir el local de la noción de "no hay rotación" para variar de punto a punto, y luego se preguntan "¿qué dinámicas de la ley hace que la no-rotación de la trama en un punto coincide con la noción global determinado por lejos la materia?"
Mach concluye que el asunto se determinó el local marco. Él llegó a la conclusión de que si Newton hizo el cubo "Muchas ligas gruesas", que habrá algún tipo de efecto entre el agua y el cubo, que haría que el agua siga el cubo de movimiento, de modo que la fuerza centrífuga sería la relativa a la cubeta, y no con respecto a las estrellas lejanas.
Esta idea fue superior en Einstein la mente a la hora de formular GR. Einstein se dio cuenta de que el observado fuerza de la gravedad permite una ambigüedad en la noción de resto, ya que es imposible distinguir entre la aceleración y un campo gravitacional. Así que él introdujo una dinámica de la geometría, cuya dinámica se iba a producir la gravedad, y así sucesivamente para GR, esta historia es bien conocida.
Marco Arrastrando
Cuando GR había terminado, Einstein le preguntó de nuevo sobre el cubo. Si usted coloca un cubo en el espacio-tiempo, habría un gravitacional analógica de una fuerza magnética de las paredes de la rotación del cubo en el agua en el interior. Cuando la cubeta está girando con respecto a los locales de la noción de no-rotación, esta fuerza se tire el agua hacia el exterior de una pequeña cantidad. La fuerza es consistente con Mach interpretación, cuando la cubeta está girando y el agua no está girando a lo largo de la gravitomagnetic fuerza tira el agua en una infinitamente pequeña parábola.
Si la agitó se hace más masiva, el efecto es mayor. En el límite de que el cubo está a punto de colapsar en un agujero negro, el exterior se desacopla, de modo que el agua sigue el cubo sólo. De esta manera, la Relatividad General incorpora Mach principio. Para un cubo de masa suficiente, el agua de la forma será determinado por su movimiento con respecto a la cubeta, no con respecto a las estrellas lejanas.
Este efecto se denomina "Marco" se arrastra", y es bien conocida la predicción de GR que ha ya sido observered o está pronto a ser observado.
Cosmológicos Mach Principio
Pero hay una segunda noción de Mach principio, que el movimiento de la cubeta es relativa distante de la materia. Esta idea parecía por un largo tiempo para ser incompatible con el GR.
Hay falsos argumentos en la literatura con respecto a este. Un argumento es que la solución de Kerr es un contra-ejemplo a Mach principio, porque describe un agujero negro giratorio en el vacío del espacio-tiempo, y lo que es el agujero negro en rotación relativa?
Por supuesto, esto es una tontería, ya que se puede escalar soluciones para ser arbitrariamente pequeño clásico GR. Así que si usted tiene cualquier objeto en rotación, girando con respecto distante de la materia, puede escalar la solución para infinitesimal, y enviar los objetos que está girando con respecto al infinito. A continuación, el objeto girará con relación a las condiciones de límite en el infinito.
La verdadera pregunta es para situaciones en las que no existen las condiciones de contorno. Para Einstein, esto significó un cerrado compacto universo, como una esfera. En este caso, pasó mucho tiempo tratando de establecer que Mach principio iba a mantener con precisión, de modo que la rotación de los objetos serán relativos a los objetos distantes.
El problema es que necesitaba un estable esférica del universo! Estática esférica del universo no funciona como una solución de GR. Así que Einstein consideró un universo con un uniforme de polvo de la materia de todo, y se añade una constante cosmológica para estabilizar el universo, y estudió esta solución como un modelo de la cosmología.
Pero esta cosmología es demasiado inestables. El asunto se forman los agujeros negros, los agujeros negros se tragan cada uno de los otros, y, finalmente, uno de los agujeros negros se convierte en cosmológico en tamaño. El agujero negro más grande se vuelve del revés para convertirse en un horizonte cosmológico, y, finalmente, se traga todos los otros agujeros negros, dejando sólo un uniforme deSitter espacio.
El deSitter espacio es el universo de la inflación--- constantemente se está extendiendo a cabo, en un proceso que puede ser pensado como una materia en constante disminución en el horizonte cosmológico que rodea a cualquier observador. El horizonte cosmológico mantiene una cierta distancia lejos de cualquier observador, y este es el único estable universo de positivo constante cosmológica.
En deSitter espacio, el horizonte cosmológico es una forma de la materia--- sin vinculado a la mayor agujero negro en el universo estático de Einstein. Además, una vez que deSitter espacio está vacío, este horizonte no pueden girar, sólo se puede girar si hay algo en el interior (deSitter espacio es único). Esto significa que deSitter espacios, como Einstein estática universos, también obedecer a Mach principio, tan largo como la noción de la materia se ha ampliado para incluir cosmológico horizontes.
Respuesta Moderna
La respuesta moderna es que Newton la cubeta de rotación de mayoría relativa para el horizonte cosmológico, y en parte en relación a las estrellas distantes. Si todas las estrellas y el horizonte cosmológico fueron rotando, íbamos a girar con ellos, por lo que no habría fuerza centrífuga (esto es difícil, incluso para decir en GR, porque hay que coordinar de forma independiente para establecer las estrellas distantes y cosmológico horizonte en un movimiento de rotación, a pesar de que uno puede hacer por las estrellas solo, utilizando Gödel universo, siempre y cuando el horizonte se vuelve inconsistente).
Este es el moderno punto de vista de Mach principio. Este punto de vista es obvio dado moderno holográfica de la física, pero no en la literatura. Es una completa resolución de los problemas planteados por Mach principio, así que no es ningún misterio el de la izquierda. Mach principio en este punto de vista, es solo un retraso clásica precursor del principio holográfico. Es la afirmación de que todo movimiento es medido en relación a horizontes lejanos.
swelljoe
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Porque el movimiento es generalmente considerado como relativo. En otras palabras, usted no puede saber si sth. se está moviendo o no sin un objeto de referencia. Sin embargo, ya en el cubo de experimentar el efecto dinámico de rotación y sin rotación, es distinto sin ningún tipo de objeto de referencia, se presenta el espacio absoluto de modo que el movimiento ya no es relativa, sino absoluta.
También he leído que en la física moderna (Einstein) la aceleración del movimiento del agua en el balde se explica por la acción de un campo gravitacional.
Esto es incorrecto. A pesar de que el nombre de "relatividad", la teoría de Einstein es sobre el carácter absoluto del espacio-tiempo. La rotación es todavía absoluto; algo rota o no, sin referencia.
Otras fuentes dicen que el movimiento acelerado sigue siendo un dilema para la física moderna.
Yo no conozco a ningún dilema en este.
Respuesta a Ron Maimon la respuesta :
Mach principio y la relatividad general
Es cierto que Mach principio inspiró a Einstein a descubrir su famosa teoría de la relatividad general, pero Mach principio es de hecho incompatible con la relatividad general. Mach mismo rechaza la teoría de la relatividad general para la admisión de absoluta espacio-tiempo.
El corolario de Mach principio sobre el cubo experimento es que la fuerza centrífuga de agua de las experiencias de los resultados del arrastre de las distantes estrellas girando alrededor. Esto plantea una pregunta seria: ¿cómo es el movimiento de las estrellas a años luz afecta el agua al instante?
Además, el conocido resultado de Thirring ha demostrado que mientras que la rotación de las conchas (como un modelo de estrellas distantes, o de una gran y masiva suficiente cubo que arrastra el agua con la gravedad en sí) tiene los efectos de la misma como fuerzas centrífugas y de Coriolis fuerzas, que también ejercen fuerzas axiales con el mismo orden de magnitud, sin una ficticia de la fuerza de contraparte.
Ficticio fuerzas y campo gravitacional
El famoso principio de equivalencia establece que ficticio y fuerzas de gravitación son indistinguibles a nivel local. Esto le da a la gente la falsa impresión de que ficticio fuerzas son en realidad un producto de la gravitación. Pero no, mientras que el "verdadero" campo gravitacional es la manifestación de la curvatura del espacio-tiempo, ficticio, las fuerzas son el resultado de un no-cero espaciales de curvatura dependiendo de cómo segmentar el espacio-tiempo espacial y temporal de la parte. No importa cómo usted girar el cubo y elegir el sistema de coordenadas, un plano espacio-tiempo es plano y el espacio-tiempo, y no la gravitación está presente.
Principio holográfico
Principio holográfico es más una conjetura que una teoría. Es "una propiedad cuántica de la gravedad y de la cadena de teorías", como dijo por Wikipedia. Y es bien sabido que ninguno de gravedad cuántica y la cadena de teorías han sido verificados experimentalmente y que están en constante evolución, a diferencia de la relatividad general. Así, mientras que es sin duda, una interesante manera de pensar sobre el cubo experimento, el holográfica perspectiva no es la aceptada "visión moderna".
DarenW
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Mi problema con el Mach Principio, que el agua en el cubo de las experiencias de la fuerza centrífuga (en realidad su tendencia inercial de salirse por la tangente al centro de rotación), debido a su velocidad angular relativa a la masa del resto del universo, es que se requiere menos fuerza para girar la lleno de agua en la cubeta de la que habría de girar en el mismo universo. Por lo tanto, podemos estar seguros de que es un cubo que gira y no el universo. Por lo tanto, el cubo y el universo disfrutar de lo que Einstein llamó "privilegiados estados": un "movimiento" y la otra "en reposo".
