Erklärung für "Wenn alle beschleunigten Systeme äquivalent sind, kann die euklidische Geometrie nicht in allen gelten"

Ich mache eine EPQ (Mini-College-Forschungsarbeit) über Schwerkraft und habe eine Website gefunden , die die Dinge in einfachen Worten erklärt. Ich habe Schwierigkeiten zu verstehen, wie Einstein zu seiner Offenbarung kam, dass die Raumzeit gekrümmt war.

Einstein erkannte auch, dass die Gravitationsfeldgleichungen zwangsläufig nichtlinear waren und das Äquivalenzprinzip nur lokal zu gelten schien.

und Einstein sagte

Wenn alle beschleunigten Systeme äquivalent sind, kann die euklidische Geometrie nicht in allen gelten.

Kann jemand helfen?

Antworten (1)

Hier ist eine einfache Demonstration:

Betrachten Sie den flachen Raum (dh Minkowski), betrachtet in einem rotierenden Rahmen (in z. B. Zylinderkoordinaten ersetzt man einfach ϕ von ϕ ' = ϕ + ω T ). Man kann (ohne allzu große Mühe) berechnen , dass in diesen Koordinaten ein räumliches Linienelement in Bezug auf die kanonischen Zylinderkoordinaten als ausgedrückt werden kann

D 2 = D R 2 + D z 2 + R 2 D ϕ 2 1 ω 2 R 2 C 2
Beachten Sie nun, dass, wenn wir eine Einheitsscheibe in betrachten z = Konstante Flugzeug, finden wir
D = 2 π 1 ω 2 C 2 > 2 π ω > 0

Die überraschende Schlussfolgerung ist, dass dieser Beobachter den Umfang einer Radiusscheibe misst R sein C > 2 π R für alle ω > 0 . Daher gilt die euklidische Geometrie auch im flachen Raum nicht universell, wenn wir die Annahme lockern, dass „Inertialsysteme“ irgendwie privilegiert sind, dh wenn wir diese Berechnung ernst nehmen. Die Erkenntnis, dass es notwendig ist , (relativ) beschleunigende Rahmen als gleichwertig zu betrachten, war einer der großen Durchbrüche, die gemacht werden mussten, um zur Allgemeinen Relativitätstheorie zu gelangen.

Beachten Sie, dass dieses Beispiel der sich drehenden Scheibe ziemlich schnell nach dem Aufkommen der speziellen Relativitätstheorie auftauchte und dass es eine ziemlich lebhafte Debatte auslöste , die Einsteins Denken über die Relativitätstheorie beeinflusste.

Aber würde nicht die ganze Metrik, einschließlich G T μ still der flachen Raumzeit sein, Minkowski-Raumzeit? Würde der Reimann-Tensor nicht genauso verschwinden wie für die Metrik, die in beschleunigten Koordinaten (hyperbolische Bewegung) in einer flachen Raumzeit geschrieben ist? Die gesamte Raumzeit wäre immer noch flach, Minkowski, richtig? Nur das Ändern von Koordinaten kann die flache Minkowski-Raumzeit nicht in eine gekrümmte ändern?
Meinen Sie, dass nur die räumliche Untermannigfaltigkeit gekrümmt und nicht flach ist, während die gesamte Raumzeit immer noch flach ist?