Nehmen wir an, wir haben 2 verschiedene Beobachter. Beobachter 1 sitzt im Weltraum und Beobachter 2 sitzt in einem Weltraumlabor, das sich in einem Zustand des freien Falls zur Erde befindet. Wir gehen weiter davon aus, dass Beobachter 2 im Weltraumlabor keine Informationen über seine Umgebung hat. (z. B. Weltraumlabor hat keine Fenster und Beobachter 2 weiß nicht, dass es um ihn herum einen Planeten gibt, der Gravitationskräfte verursacht).
Update nach Lesniks Antwort :
Sieht so aus, als ob Sie die Situation bereits verstehen und nur eine geringfügige Bestätigung / Klärung benötigen.
Beginnen wir mit einem einfachen Fall. Es gibt einen inertialen Bezugsrahmen, es gibt einige Objekte, es wirken Kräfte zwischen Objekten. Objekte bewegen sich, beschleunigt durch die Kräfte.
In jedem anderen Trägheitsbezugssystem sind die Kräfte zwischen Objekten gleich.
Der nächste Fall ist komplizierter. Betrachten Sie denselben Satz von Objekten in einem nicht-trägen Bezugssystem. Sie können nicht mehr einfach die üblichen Newtonschen Gesetze verwenden, weil Sie sich nicht in einem Trägheitsbezugssystem befinden! Aber es kann für Ihre Zwecke sehr praktisch sein, diesen Rahmen zu verwenden, egal ob er träge ist oder nicht. Sie beschreiben zum Beispiel, was in einer Raumstation vor sich geht, die die Erde umkreist. Die Verwendung eines Trägheitsbezugssystems wäre für diesen Zweck sehr unpraktisch!
Es stellt sich heraus, dass es möglich ist, die Newtonschen Gesetze auch in dieser Situation anzuwenden. Sie müssen den Gleichungen nur einige zusätzliche, "fiktive" Kräfte hinzufügen.
Sie wechseln zum Trägheitsbezugssystem - diese zusätzlichen Kräfte verschwinden. Sie schalten zurück - die Kräfte sind zurück. Sehr real, Sie können spüren, wie diese Kraft Sie im Flugzeug in den Stuhl drückt. Die Existenz von Kraft hängt also vom Bezugsrahmen ab, wenn es keine Einschränkung gibt, dass Bezugsrahmen träge sein müssen.
Und manchmal ist es nicht möglich zu entscheiden, ob Ihr Bezugssystem inertial ist oder nicht. Es gibt keine Möglichkeit herauszufinden, ob die Kraft, die auf alle Objekte in einem Raum wirkt, eine Gravitationskraft ist, die von einem realen Planeten erzeugt wird, oder ob es sich um eine "fiktive" Kraft handelt, die nur existiert, weil der Raum beschleunigt wird.
Fazit: Kräfte ändern sich nicht, wenn Sie zwischen Trägheitsreferenzrahmen wechseln, Kräfte können sich ändern, wenn Sie zwischen nicht-Trägheitsrahmen wechseln, manchmal ist es schwierig, Sie zu finden, ob Ihr Referenzrahmen träge ist oder nicht.
Update zu Teil 3 der Frage
Nein, Beobachter 2 kann kein Experiment machen, das ihm helfen würde zu entscheiden, ob er im Gravitationsfeld stillsteht oder beschleunigt. (Solange er in seiner kleinen Kiste bleibt!) Aber wir können sein Bezugssystem aus folgendem Grund nicht als inertial einstufen.
In der Newtonschen Mechanik (und sogar in der Speziellen Relativitätstheorie) ist der Bezugsrahmen "global". Das Trägheitsbezugssystem ist überall inertial, nicht nur in einem Bereich um den Beobachter herum. Was für Beobachterlabor 2 offensichtlich nicht gilt.
Die Allgemeine Relativitätstheorie ist viel komplizierter. Soweit ich weiß, gibt es überhaupt keine Trägheitsbezugssysteme. Sie können Koordinaten so wählen, dass die Raumzeit in der Nähe eines Punktes flach ist (was bedeutet, dass der Bezugssystem in diesem Bereich träge wäre), aber Sie können Koordinaten nicht so wählen, dass die Raumzeit überall flach ist. Aber ich würde lieber nicht tiefer gehen. Ich bin in diesem Bereich nicht gut genug, sorry.
weiß