題:
如果運動是相對的,為什麼旋轉會模擬重力?
Jeremy Olson
2014-11-27 02:29:45 UTC
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在愛因斯坦的相對論中,如果運動確實是相對的,那麼為什麼旋轉空間站中的某人會經歷(人造)引力?我的意思是,如果空間站正在旋轉,我會明白為什麼他們會經歷重力,但是我不明白的是,您怎麼能說它首先在旋轉?

因此,假設我們有兩個空間站,並且在我們假設的宇宙中,它們是整個宇宙中僅有的兩件事。

  • 在空間站1中,沒有重力感。
  • 在空間站2中,有一種重力感。

所以我們知道空間站2正在旋轉,而空間站1並不是由於我們在空間站2中感覺到的重力感。

對於空間站中的觀察者如圖2所示,它們會感覺到重力,並看到1號台站似乎圍繞它們旋轉。站點1的觀察者不會感到重力,只能看到站點2旋轉,而是停留在一個地點。我想到目前為止,每個人都會同意所有這些觀察結果。

但是,在這裡,它崩潰了,我想,您必須在空間中有一些固定的參考點才能說出第2站是它不是在旋轉,也不是為了獲得2號站上的重力而在1號站運行。牛頓似乎對此有一個答案,因為他說有一個固定的“靜止”狀態,但是根據愛因斯坦的說法,我不認為是固定的嗎?

我的問題有意義嗎?我的困惑也適用於加速,看來您必須具有一些固定的參考系才能說出任何東西都在加速。我們知道,如果在太空飛船在深太空中,您會感覺到加速度的影響,但是為什麼所有運動都是相對的。我的意思是,您什至不能說自己正在加速,這不是宇宙中所有其他事物都在加速,而您實際上在空間中沒有固定的“靜止”點的情況下靜止不動嗎?

傑里米·奧爾森(Jeremy Olson):“ _您怎麼能說它首先旋轉?(PSE / q / 3193)](http://physics.stackexchange.com/q/3193)。“ _據愛因斯坦說,我不認為有固定的靜止狀態嗎?_”-在相對論中,有確定的方法可以確定“多個參與者”是否彼此靜止**,或(僅)相對於另一個是剛性的(例如:旋轉),或(甚至)移動。彼此。
傑里米·奧爾森(Jeremy Olson):“ _我們感覺到的重力感_” –在相對論中,幾何關係的度量(例如,所考慮的參與者是否彼此靜止,或者僅僅是彼此僵硬)不是基於可能的“ _feelings_”,但要根據每個參與者的觀察是否一致(或其他順序)進行判斷。當然,這種方法並不否認這種感覺的可能性或現實。但它為測量/比較/區分每個參與者的“感覺的真實性和真實性”提供了參考。
我想強調一下user122262鏈接到的線程中埋藏的引用之一:OP的問題或多或少與[Mach原理]直接相關(https://en.wikipedia.org/wiki/Mach%27s_principle)。
這是一個更簡單的版本。如果宇宙中有一艘太空飛船,並且您說它正在旋轉,那麼它相對於什麼旋轉?愛因斯坦本人對此有疑問。我不是專家,但我認為他遵從[馬赫原理](http://en.wikipedia.org/wiki/Mach%27s_principle),該規則粗略地說可以相對於平均位置定義旋轉宇宙中所有質量的總和。據我了解,廣義相對論為此提供了一種機制。專家將不得不向我們解釋。
一些歷史背景:愛因斯坦受到馬赫哲學的啟發(這並不是說廣義相對論一定是100%馬赫安的哲學),這反過來又反映了萊布尼茲的大部分信念。牛頓和萊布尼茲強烈反對許多事物(而不僅僅是微積分),其中之一是空間概念是否獨立於宇宙中的物質而存在。為了反抗萊布尼茲的“一切都是相對的”立場,牛頓提出了他的[桶思想實驗](http://en.wikipedia.org/wiki/Bucket_argument),據我所知,他的同時代人都沒有一個很好的回應至。
“所以我們知道空間站2正在旋轉,而空間站1並不是由於我們在站2中所感受到的重力感。”,還因為因為站1不在軌道2周圍繞行,所以它們被拉向彼此。
旋轉框架是加速框架或非慣性框架,因此會產生作用力。
我打算問一個類似的問題。即,為什麼加速度與重力沒有區別?例如,如果您在一個封閉的盒子中經歷(或測量加速度),則不知道該盒子是在重力場中,被火箭加速還是沿圓形路徑被迫。
七 答案:
Jan Hudec
2014-11-27 04:00:48 UTC
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速度是相對的。沒有特殊的參考框架可以“靜止”。自由落體的參考係是特殊的,相對於自由落體的參考係正在加速的參考系包含慣性力(圓周運動涉及向中心的加速度;相應的慣性力稱為離心力)。 / p>

因此您可以區分哪個站正在旋轉,而相對論從未有過論證。

您已經說過-加速度不是相對的,並且-加速度參考系包含慣性力。但是,我真正要問的是-當沒有固定的“靜止”來定義參考框架正在加速時,為什麼加速參考框架會感覺到慣性力?
@JeremyOlson加速度為dv / dt。您不需要靜止幀即可觀察到dv / dt不為零,只需觀察兩個幀以及一種測量兩者之間距離/角度的方法即可。例如,旋轉衛星的中心相對於外圍的運動。
但是速度的變化是速度的變化,速度就是位置隨時間的變化,所以相對於問題的位置變化是什麼?
換句話說,拿轉盤來說,如果只比較它自己,怎麼知道它在轉呢?例如,您立即在該旋轉框架上獲取一個點,然後在以後的某個時間點再次將其相對於旋轉框架的每個小面仍保持與前一瞬間相同的精確位置,因此認為它並沒有動。具有“運動”並因此具有加速度的唯一方法是,能夠首先說出它是在點A處,然後才是在以後的點B點。點A和點B必須獨立於旋轉框架。
所以幾週後回來,再讀一遍評論,上面寫著:“您不需要休息幀即可觀察到dv / dt不為零,只需兩個幀,便可以測量距離/角度兩者之間...”所以您是說如果沒有2幀,您將不會體驗到加速的效果?換句話說,您是說在一個僅包含1個參照系的假設宇宙中就不可能加速,所以無論您做了什麼,旋轉並向前推都沒關係,因為它總會感覺像您不動嗎?
我只是在閱讀有關絕對旋轉的信息,這意味著它唯一的證據表明某事物在沒有參考的情況下正在旋轉,是其形狀和中心張力。如果是這樣,是否還暗示宇宙也具有靜態的X,Y和Z軸?與相對論相反。
@Flosculus,表示有靜態軸,但是任何一組靜態軸仍然等效。
@JeremyOlson,每個宇宙都有無限數量的參考系,因為參考系只是一種心理構造。但是,您需要將這樣的參考系附加到某個對像上,以便能夠觀察其中的物理定律。現在,在僅包含一個點質量的宇宙中,將無法加速它,因為必須保持動量,而無法旋轉它,因為還必須保持角動量。兩者都需要宇宙包含多個粒子,然後您有足夠的對象來測量的相對速度以檢測加速度。
-1
@Flosculus,因為參考框架彼此相對旋轉,所以它們中的加速度將不同。差異將意味著觀察者在表面上存在離心力,這意味著觀察者處於旋轉參考系中。不需要經過的觀察者;僅測量表面上各個點的離心力就可以確定旋轉軸和角速度。
我有點了解@JanHudec,但我試圖了解這些測量點是否會直接受到外部觀察者的存在的影響,也就是說,如果沒有外部觀察者作為參考框架,表面的人就不會感到離心力,因為相對而言,恆星根本不會旋轉。除非有通用軸。或者,您是說會感覺到離心力,因為旋轉力是直接作用於恆星而不是表面上的宇航員?
-1
eshaya
2014-11-27 04:03:56 UTC
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狹義相對論處理“慣性”或“非加速”幀。慣性系中的物理是等效的,與它們的速度無關,並且慣性系的速度是相對的。您可以自由地假設任何慣性框架都是靜止的,而所有其他框架都相對於它運動。旋轉框架不是慣性的,它們是加速框架,因此不是相對的。如果一個框架沒有旋轉,那麼它必須與宇宙中星系的平均值保持方向。這是絕對的。最初是由 Mach推測的,物質在宇宙中的分佈決定了不旋轉的框架。

廣義相對論的確處理了加速的框架並討論了旋轉之間的差異。框架和重力加速框架,但這是另一個故事。

馬赫的理論確實觸及了“為什麼”旋轉空間站會經歷人工重力的核心。這個理論對我來說確實有意義。
adipy
2014-11-27 04:13:10 UTC
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在廣義相對論中,角運動實際上也確實具有一些“相對性”。當您靠近旋轉的對象時,實際上您將被拖動。這被稱為“ Lense-Thirring”效果,或者只是“拖幀”。最引人注目的例子是旋轉的黑洞的遍及地球的區域,在該區域中沒有物體可以保持靜止-它必須隨黑洞一起旋轉。 (類似於對象無法逃脫的事件範圍)

在恆定角運動下感覺到力的事實是因為您相對於背景宇宙在旋轉。 (該說法可能會引起爭議)如果您要拿一個大的球形質量殼,並使其圍繞自己旋轉,那麼實際上您將開始隨殼旋轉,但不會受到向心力。如果在殼幾乎是黑洞之前增加質量,則自然靜止框架相對於宇宙其餘部分的角速度將與殼相同。

是的,我認為這是有道理的...因此,基本上,一個物體相對於宇宙中所有其他物質都在加速。因此,根據這個理論,在我看來,如果您在整個宇宙中只有一個物體,那麼它不會感覺到加速度,慣性或類似的東西……這一切都是沒有意義的,因為您無法說它在移動,坐著還是,還是加速...我正確嗎?
那句話*是有爭議的。是什麼阻止我說宇宙圍繞著我旋轉?
相對論裝備精良,可以處理加速的非慣性參考系,同時也可以忽略引力的影響。請參閱[此處](http://math.ucr.edu/home/baez/physics/Relativity/SR/acceleration.html)。
@Draksis感謝您指出這一點。作為解決答案的最簡單方法,我只是刪除了該語句。
可以說,這個問題和Draksis的鏈接提供了確切理解為什麼我們仍在尋找使重力與GR協調的方式所需的背景。
Jerry Schirmer
2014-11-27 02:47:56 UTC
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一般協方差僅適用於自由下落的觀察者-一旦您調用非重力,如牆的內向壓力,觀察者就不再自由下落。

Peter
2014-11-27 02:40:48 UTC
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如果空間站的乘員不知道其設計,無法看向窗戶,那麼就無法判斷空間站是否在旋轉,或者他們是否靠近會引力的地球大小的行星。

繞著另一個空間站運行會引起重力的感覺,看來您在矛盾自己。如果某個物體繞其自身的軸或另一個空間站繞著任何旋轉運動,那麼乘員將感受到您定義為重力的力。他們在您的空間站1場景中感覺不到。

這就是我將其視為非專業人士的原因。

對於加速度,不,您不需要固定參照點。與定義為相對於其他物體的速度的速度相反,加速度在某種意義上是絕對的,而不是相對於其他物體的速度。

我保持開放的態度,可能會在這裡遺漏某些東西,因為就像我說的那樣,我不是專家...但是我確實相信,即使沒有窗戶,如果它正在旋轉,您也會知道,因為您會被困在旁邊牆(即感覺像重力-我知道這不是重力,但對空間站中的某人來說就像重力)。
不需要用兩個空間站的例子來說明我的問題,我只是添加了它,因為我認為它可以幫助我闡明自己的觀點……但是也許它只會增加更多的混亂。無論如何,我的主要問題是,如果沒有固定的靜止狀態來確定您正在旋轉,您為什麼會感覺到旋轉的效果?
或當宇宙中沒有固定的“靜止”時,如何解釋您在加速的太空飛船中會感覺到的效果,因為要使該物體加速,您必須將其與其他參考系進行比較。
加速度與任何事物都不相關。您會在黑匣子中感覺到它,速度卻並非如此。
是的,所以為什麼您會覺得黑匣子裡面的加速效果是我的問題的癥結所在?
由於慣性,您的血液和所有事物都會試圖抵抗加速度並被“甩在後面”,給人真正的真實感。
“無話可說”是不正確的。您只需要陀螺儀。或在天花板上懸掛福柯擺錘。
Señor O
2014-11-27 03:49:02 UTC
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區分重力和旋轉空間站的簡便方法:將球垂直向空中扔。如果直接下降,則重力。如果它遠離您(在切線速度之後),那麼它就是一個旋轉的空間站。

一種更簡單的方法可能是在地板上放置一個直的,剛性的橫梁。如果發現地板是凹面的,則可能是在空間站上。您描述的技術僅適用於相對較小的站點(因此需要相當大的角速度才能達到9.8m / s的離心加速度),在其中您可能只是看一下便會注意到地板的凹陷。在地球上也可以觀察到這種現象,但是行星的角速度足夠小,以至於大氣阻力往往會掩蓋其對彈道物體的影響。
Guill
2014-12-03 15:24:27 UTC
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“參考” 用於加速,是其自己的上一個“狀態”。這意味著,對於線性加速,它是線性加速開始之前的起始點(在t = 0時)。對於角加速度,它是由旋轉中心和t = 0($ theta $ = 0)處的初始位置定義的假想線。

我想我理解您的意思,但是,它仍然無法解決一個簡單的問題,即如何確定狀態是否已更改。例如,在加速過程中,它相對於初始點/線改變了位置,但是初始點/線相對於什麼進行了改變?如果以自身為參照,則否,它根本沒有改變位置,因為該點/線繼續跟隨它。因此,在我看來,您絕對必須以某種方式定義該初始點,而不必參考加速對象本身。這意味著必須有一些固定的參考。
讓我澄清一下……本質上不一定是“固定”引用(我想它可以是可變的或固定的),但是為了使位置發生“變化”,除了加速對象本身之外,還需要一些外部引用。


該問答將自動從英語翻譯而來。原始內容可在stackexchange上找到,我們感謝它分發的cc by-sa 3.0許可。
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