Fragen zum Begriff eines Trägheitsbezugssystems

F: Kann der Astronaut sagen, mit welcher Geschwindigkeit er sich bewegt? und wie definieren Sie in diesem Fall Geschwindigkeit, wenn Sie keine externen Referenzen haben? Können Sie die Geschwindigkeit relativ zum leeren Raum angeben?

Nein. Das ist bereits in der Newtonschen Mechanik der Fall. Die Geschwindigkeit ist immer relativ zu einem Referenzrahmen.

F: Können Sie die Richtung Ihrer Bewegung erkennen? Nehmen wir an, ein Schiff bewegt die Nase nach vorne oder das Heck nach vorne? Gibt es in einem solchen Trägheitsbezugssystem ein Gefühl der "Bewegungsrichtung"?

Auch hier wird die Bewegung nur in Bezug auf einen Rahmen definiert. Wenn Sie sich in einem fahrenden Zug befinden und auf eine Toilette an der Vorderseite des Zuges zulaufen, erleben Sie tatsächlich, wie sich der Zug rückwärts bewegt, obwohl jemand, der am Boden stationiert ist, schwören würde, dass er sich vorwärts bewegt.

In Ihrem Fall gibt es nur einen Referenzrahmen, und das ist der Rahmen des Raumschiffs, und alles ruht in seinem eigenen Referenzrahmen (die Dinge bewegen sich nicht relativ zu sich selbst).

F: Stellen Sie sich vor, dass die Geschwindigkeit dieses Raumfahrzeugs fast die Lichtgeschwindigkeit "c - 1 m/s" ist. Aber keine Beschleunigung. Das heißt, es ist ein Trägheitsbezugssystem, richtig? Kannst du einen Ball in die Bewegungsrichtung werfen? Was ist mit der Richtung umgekehrt zur Bewegung? Bedeutet das, dass es in einem Trägheitsbezugssystem eine Bewegungsrichtung gibt?

Auch hier gilt die gleiche Antwort. Da es keine Beschleunigung gibt, ist der Rahmen des Raumfahrzeugs träge. Sie behaupten, es bewegt sich mit einer bestimmten Geschwindigkeit, aber relativ zu was? Sie bewegen sich auch mit einer Geschwindigkeit nahe der Lichtgeschwindigkeit relativ zu einem Neutrino, das Sie gerade passiert hat.

Es gibt ein Relativitätsprinzip, das besagt, dass alle Trägheitsbewegungen gleichwertig sind. Das heißt, auch wenn Sie sich im Verhältnis zu jemand anderem mit enormer Geschwindigkeit bewegen, werden Sie sich immer wie in Ruhe fühlen und nie eine seltsame Physik im Raumschiff beobachten.

Ja, der Astronaut kann die Geschwindigkeit seiner Bewegung leicht erkennen. Die Geschwindigkeit (in seinem Rahmen) ist Null. Er kann seine Geschwindigkeit auch ganz einfach in jedem anderen Rahmen berechnen, in dem er rechnen möchte, obwohl es unwahrscheinlich ist, dass er das interessant finden würde. Was die Vorstellung betrifft, dass die Geschwindigkeit in der Nähe ist$c$, es ist automatisch in der Nähe$c$in einigen Frames und nicht in anderen, genau wie Ihre eigene Geschwindigkeit gerade jetzt.

Ihre drei Fragen sind miteinander verbunden, da die Antwort auf die erste Ihnen die Antwort auf die zweite und dritte gibt.

Es gibt weder eine absolute Geschwindigkeit noch eine absolute Entfernung oder eine absolute Zeit. Bewegung ist relativ. Der Astronaut im Weltraum wird in seinem eigenen Bezugsrahmen bewegungslos sein und sich relativ zu einigen anderen bewegen.

Es gibt keine absolute Richtung. Wenn Sie auf eine Person zugehen, können Sie von einer anderen weggehen.

Es ist sinnlos, davon zu sprechen, sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit zu bewegen, ohne zu sagen, in welchem ​​Verhältnis Sie sich bewegen. Während Sie diese Antwort lesen, bewegen Sie sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit relativ zu den entferntesten Teilen des Universums. Nichts hindert Sie daran, in Ihrem eigenen Rahmen zu beschleunigen. Es spielt keine Rolle, wie lange Sie beschleunigen – in Ihrem eigenen Rahmen können Sie weiter beschleunigen. Es ist analog zur Annäherung an den Horizont. Wo auch immer Sie sich befinden, Sie können sich immer in Richtung des Horizonts bewegen, aber egal wie lange Sie reisen, der Horizont wird weiterhin unerreichbar sein.