In der speziellen Relativitätstheorie kommt es nur auf die Relativgeschwindigkeit an. Eine Rakete und das Universum können sich in relativer linearer Bewegung befinden. In der Rakete ist das Universum in Bewegung. Das Universum bekam diese Bewegung, als es frei in das für den Beobachter in der Rakete vorhandene Schwerefeld fiel. Für den Beobachter haben alle Objekte des Universums kinetische Energie erhalten. Wenn eines dieser Objekte auf ein ruhendes Objekt im Rahmen der Rakete trifft, erhält das Objekt kinetische Energie und Impuls. Im Rahmen des Universums gibt das Objekt einem Objekt im Universum Energie und Impuls.
Gilt das auch für Rotationsbewegungen? Ist diese Bewegung auch relativ? Für einen Beobachter auf einem rotierenden Objekt dreht sich das Universum und für einen Beobachter im Universum dreht sich das Objekt. Die Bewegung ist eine beschleunigte Bewegung, aber zu jedem Zeitpunkt gibt es eine relative lineare Bewegung. Eine augenblickliche lineare relative Bewegung.
Können wir also sagen, dass sich das Universum um die Erde dreht?
Nein. Rotation ist keine Trägheitsbewegung, also ist sie unveränderlich, nicht relativ. Es kann mit einem Gyroskop lokal erfasst werden, unabhängig von der Relativbewegung eines anderen Objekts. Die Erde dreht sich mit einer Geschwindigkeit von Radianten pro Sternentag, ohne Bezug zum Rest des Universums.
Ich habe gelesen, dass ein gutes Trägheitsleitsystem seine Rotationsgeschwindigkeit bestimmen kann, indem es die Interferenz zwischen zwei Lichtstrahlen betrachtet, die in entgegengesetzte Richtungen um eine kreisförmige faseroptische Mehrfachschleife gesendet werden. Dies bezieht sich auf nichts außerhalb des Systems (aber es kann auf Null gesetzt werden, indem man in die Richtung zu einem entfernten Stern schaut).
„ Für einen Beobachter auf einem rotierenden Objekt dreht sich das Universum und für einen Beobachter im Universum dreht sich das Objekt “
Der Unterschied besteht darin, dass der Beobachter auf einem rotierenden Objekt einen Beschleunigungsmesser sehen kann, den er hält, um einen Messwert anzuzeigen. Aber der Beobachter im äußeren Universum wird sehen, dass der Beschleunigungsmesser, den er hält, keinen Messwert anzeigt. Diese 2 Beobachter sind also nicht äquivalent, anders als im Fall der linearen Bewegung, wo jedes Experiment von den 2 Beobachtern durchgeführt wird. sich mit gleichförmiger Geschwindigkeit relativ zueinander zu bewegen, führt zu den gleichen Ergebnissen.
In gewissem Sinne ja, Sie können beschleunigte Bewegung als relativ betrachten, wenn Sie dies wünschen. Wenn Sie in Ihr Auto steigen und die Straße hinunter beschleunigen, können Sie entscheiden, dass Sie stehen bleiben und die Erde von Ihnen weg beschleunigt. Wenn Sie jedoch diesen Standpunkt einnehmen, werden Sie es sehr schwierig finden, ein konsistentes mathematisches Modell zu formulieren, um zu beschreiben, was passiert. Sie werden zum Beispiel feststellen, dass sich die Kraft, die erforderlich ist, um die Erde von Ihnen weg zu beschleunigen, verdoppelt, wenn Sie die Masse des stehenden Autos verdoppeln, obwohl die Masse der Erde dadurch verringert wird.
Dasselbe gilt für Drehbewegungen. Sie könnten der Ansicht sein, dass, wenn Sie ein Drehmoment anwenden, um einen Plattenteller zu drehen, es das Universum ist, das sich dreht, während der Plattenteller stationär bleibt. Sie werden es jedoch sehr schwierig finden, eine überzeugende Regel zu formulieren, um zu bestimmen, wie das aufgebrachte Drehmoment mit der Rotationsgeschwindigkeit des Universums zusammenhängt. Sie werden feststellen, dass das Drehmoment, das Sie aufbringen müssen, um das Universum um die Drehscheibe zu drehen, in keiner Weise mit der Masse des Universums zusammenhängt, sondern direkt mit dem Trägheitsmoment der stationären Drehscheibe. Sofern Sie eine solche Erklärung gerne akzeptieren, können Sie die Drehbewegung als relativ betrachten.
Es gibt eine Möglichkeit zu wissen, wann wir uns nicht drehen, und ohne auf die fernen Sterne zu schauen.
Stellen Sie sich eine Rakete über der Atmosphäre vor, deren Motoren eingeschaltet sind, damit sie auf derselben Höhe über dem Erdäquator bleiben kann. Die Rakete kann nicht nur auf gleicher Höhe bleiben, sondern auch Jets verwenden, um sich mit beliebiger Geschwindigkeit um die Erde zu drehen.
Innerhalb des Schiffes kann die lokale Beschleunigung beispielsweise durch das Abwerfen von Objekten gemessen werden. Die Besatzung weiß, dass sie sich nicht dreht, wenn diese Beschleunigung ein lokales Maximum ist. Das heißt: Wird die Tangentialgeschwindigkeit erhöht, nähert sie sich immer mehr der Umlaufgeschwindigkeit, wenn die Beschleunigung null ist. Über die Orbitalgeschwindigkeit hinaus beginnt die Beschleunigung in die entgegengesetzte Richtung anzusteigen, hat aber kein lokales Maximum mehr. Die Beschleunigung nimmt grenzenlos zu.
Betrachtet man die Erde beim lokalen Beschleunigungsmaximum, dreht sie sich mit der Dauer eines Tages. Auf diese Weise wissen sie, dass sich die Erde dreht.
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