¿Por qué la rotación simula la gravedad si el movimiento es relativo?

Question

En la teoría de la relatividad de Einstein, si el movimiento es realmente relativo, ¿por qué alguien en una estación espacial rotatoria experimentaría (gravedad artificial)? Quiero decir, entiendo por qué experimentan gravedad SI la estación espacial está rotando, pero lo que no entiendo es ¿cómo puedes decir que está rotando en primer lugar? ¿No necesitarías definir su movimiento en relación a otro punto en el espacio?

Entonces digamos que tenemos dos estaciones espaciales y en nuestro universo hipotético son las únicas dos cosas que existen en todo el universo.

• En la estación espacial 1, no hay sensación de gravedad.
• En la estación espacial 2, hay una sensación de gravedad.

Por lo tanto, sabemos que la estación espacial 2 está rotando y la estación espacial 1 no, debido a la sensación de gravedad que sentimos en la estación 2.

Para un observador en la estación 2, sentirían gravedad y verían que la estación 1 parece orbitar a su alrededor. Un observador en la estación 1 no sentiría gravedad y vería que la estación 2 gira pero permanece en un solo lugar. Creo que todos estarían de acuerdo con todas esas observaciones hasta ahora.

Pero aquí es donde falla, creo, debes tener un punto de referencia fijo en el espacio para poder decir que la estación 2 está girando y no es la estación 1 la que está orbitando para obtener la sensación de gravedad en la estación 2. Newton parecía tener una respuesta a esto porque dijo que había un "en reposo" fijo, pero según Einstein, ¿no creo que haya un "en reposo" fijo?

¿Tiene sentido mi pregunta? Mi confusión también se aplica a la aceleración, parece que tienes que tener un marco de referencia fijo para decir que algo se está acelerando en absoluto. Sabemos que sentirías los efectos de la aceleración si estuvieras en una nave espacial en el espacio profundo, pero ¿por qué si todo movimiento es relativo? Quiero decir, ¿cómo puedes decir que te estás acelerando y no que todo lo demás en el universo se está acelerando y tú estás realmente quieto sin un punto de "en reposo" fijo en el espacio?

Answer 1

La velocidad es relativa. No hay un marco de referencia especial que esté "en reposo".

Pero la aceleración no y nunca se afirmó que lo fuera. Los marcos de referencia en caída libre son especiales y los marcos de referencia que están acelerando en relación a los que están en caída libre contienen fuerzas inerciales (el movimiento circular implica aceleración hacia el centro; la correspondiente fuerza inercial se llama fuerza centrífuga).

Así que puedes distinguir cuál de las estaciones está rotando y la teoría de la relatividad nunca afirmó lo contrario.

Answer 2

La relatividad especial se ocupa de los marcos "inerciales" o "no acelerados". La física en marcos inerciales es equivalente independientemente de su velocidad y la velocidad de los marcos inerciales es relativa. Eres libre de asumir que cualquier marco inercial está estacionario y que todos los demás marcos se mueven en relación a él. Los marcos rotativos no son inerciales, son marcos acelerados y, por lo tanto, no son relativos. Si un marco no tiene rotación, entonces debe mantener su orientación con la media de las galaxias en el universo. Esto es absoluto. Se ha conjeturado, originalmente por Mach, que la distribución de materia en el universo establece el marco no rotativo.

La Relatividad General sí trata con marcos acelerados y discute las diferencias entre marcos rotativos y marcos acelerados gravitacionalmente, pero esa es otra historia.

Answer 3

En la relatividad general, el movimiento angular en realidad también tiene cierta "relatividad". Cuando estás en proximidad cercana a un objeto que gira, en realidad serás arrastrado junto con él. Esto se conoce como el efecto Lense-Thirring, o simplemente "arrastramiento del marco". El ejemplo más dramático es la ergosfera de un agujero negro que gira, una región donde ningún objeto puede permanecer estacionario: debe girar con el agujero negro (similar al horizonte de eventos del cual los objetos no pueden escapar).

El hecho de que sientas una fuerza bajo un movimiento angular constante es porque estás girando en relación al universo de fondo. (esta afirmación puede ser algo controvertida) Si tomaras una masa esférica grande y la hicieras girar alrededor de ti mismo, en realidad comenzarías a rotar con la masa pero no experimentarías ninguna fuerza centrípeta. Si agregaras masa hasta que la esfera fuera casi un agujero negro, tu marco de descanso natural tendría la misma velocidad angular que la esfera en relación al resto del universo.

Answer 4

La covarianza general se aplica solo a observadores en caída libre: una vez que se invocan fuerzas no gravitatorias, como la presión hacia adentro de la pared, el observador ya no está en caída libre.

Answer 5

Si los ocupantes de la estación espacial no estuvieran al tanto de su diseño y no pudieran mirar por una ventana, entonces no habría forma de saber si está rotando o si están cerca de un planeta del tamaño de la Tierra que causa la gravedad.

Órbitar alrededor de otra estación espacial causará una sensación de gravedad, y parece que estás contradiciéndote. Si hay algún movimiento de rotación alrededor de un cuerpo en torno a su propio eje o alrededor de otra estación espacial, entonces los ocupantes sentirán una fuerza que has definido como gravedad. Ellos no pueden sentirla como en tu escenario de estación espacial 1.

Así es como lo veo como alguien no profesional.

En cuanto a la aceleración, no, no se necesita un punto de referencia fijo. A diferencia de la velocidad, que se define en relación con la velocidad de algo más, la aceleración es absoluta en el sentido de que no es relativa a algo más.