Ist Drehbewegung relativ zum Raum?

Derselbe Wikipedia-Artikel , den alle anderen zitieren, ist eine anständige Referenz dazu. Im Grunde wissen wir es nicht und werden es wahrscheinlich nie wissen, weil wir kein Objekt in ein ansonsten leeres Universum stellen können.

Angenommen, Sie könnten es. Wir haben also einen Planeten in einem ansonsten leeren Universum. Um die Hypothese der absoluten Rotation zu testen, könnten Sie verschiedene Experimente auf der Oberfläche des Planeten durchführen, um die fiktiven Kräfte zu messen, die entstehen, wenn Sie sich in einem rotierenden Bezugssystem befinden. Sie könnten beispielsweise das Foucault-Pendel an verschiedenen Orten auf dem Planeten aufstellen und die Präzessionsrate an jedem Ort messen. (Ich denke, Sie bräuchten mindestens 3 Standorte.) Aus diesen Ergebnissen könnten Sie die Rotationsachse und Rotationsgeschwindigkeit des Planeten bestimmen.

Der Newtonsche Standpunkt besagt, dass Rotation relativ zum Raum ist. Wenn diese Ansicht richtig ist und sich der isolierte Planet relativ zum Weltraum dreht, würden Sie sehen, wie Ihre Pendel (Pendel?) mit einer Rate ungleich Null präzedieren, und Sie könnten nach der Rotationsgeschwindigkeit des Planeten auflösen.

Andererseits ist die Einstein/Mach-Sichtweise der Ansicht, dass die Rotation nicht relativ zum Raum, sondern relativ zur Materie im Universum definiert ist. Wenn dieser Standpunkt richtig ist, würden Sie niemals eine Präzession der Pendel sehen, weil der Großteil der Materie in diesem experimentellen Universum der Planet selbst ist, also definiert er im Grunde den Rahmen der Nullrotation. In unserem Universum gibt es natürlich eine viel größere Materieverteilung, um einen nicht rotierenden Referenzrahmen zu definieren. Mathematisch resultiert dies aus einem Phänomen in GR, das als Frame Dragging bekannt ist .

Die Newtonsche/absolute Ansicht hat den Vorteil, dass sie irgendwie intuitiv ist, aber sie erfordert, dass der Raum eine Art absoluten Rotationsreferenzrahmen definiert. Angesichts der Tatsache, dass wir wissen, dass alle linearen Bewegungen relativ sind, erscheint es (für mich und andere) seltsam, dass eine Rotationsbewegung absolut sein könnte. Wenn die Rotation absolut sein könnte, würde eine ausreichend große Verteilung der Materie im Universum für jede Rotationsgeschwindigkeit ungleich Null erfordern, dass sich die äußeren Objekte mit Lichtgeschwindigkeit relativ zu einem nicht rotierenden Referenzrahmen bewegen. Dies könnte möglicherweise erlaubt sein, es würde nur bedeuten, dass keine Materie in diesen nicht rotierenden Referenzrahmen befördert werden könnte, aber auch hier scheint es seltsam. Die Einstein/Mach-Ansicht hat den Vorteil, dass sie diese "schneller-als-Licht-Rotation" allein aufgrund der Struktur der Theorie äußerst unwahrscheinlich macht.

Dies ist eine alte Frage, aber es könnte möglich sein, die alte Säge endgültig zu beenden.

Wenn Sie einen deSitter-Raum haben, kann er nicht rotieren – der deSitter-Raum ist einzigartig. Wenn Sie ein Schwarzes Loch im deSitter-Raum haben, kann es sich drehen (dies ist die kürzlich entdeckte deSitter-Kerr-Lösung), aber es ist nur eine Körperdrehung, der kosmologische Horizont kann sich nicht unabhängig vom Horizont des Schwarzen Lochs drehen.

Dies mag nicht überraschen, außer dass, wenn Sie das nicht rotierende Schwarze Loch deSitter immer größer machen, es einen Punkt gibt, an dem das Schwarze Loch und der kosmologische Horizont symmetrisch sind. In diesem Fall haben Sie zwei Horizonte. Wenn Sie einen Horizont drehen, dreht sich der andere in die entgegengesetzte Richtung, sodass nur ihre relative Drehung aussagekräftig ist. Die beiden Horizonte sind jetzt symmetrisch, sodass Sie ihre Bewegungen nicht unterscheiden können.

Wenn Sie zwischen den beiden Horizonten Materie hinzufügen, krümmen Sie das Universum dazwischen, und wenn Sie viel statischen Staub hineingeben, erhalten Sie ein statisches Einstein-Universum mit zwei Schwarzen Löchern an gegenüberliegenden Enden. In diesem Universum sind die beiden Horizonte eindeutig Materie. Es gibt also keine Grenze zwischen Materie und kosmologischen Horizonten, und es ist eine faire Aussage, alle Materie mit einer Art Horizontobjekt gleichzusetzen, sodass das Elektron wie ein kleines mikroskopisches Schwarzes Loch ist.

Dies ist die Sichtweise, die am ehesten mit der Stringtheorie übereinstimmt, da die Strings in der Stringtheorie unter stark-schwacher Kopplungsdualität zu Objekten dual sind, die im klassischen Limes eindeutig schwarze Löcher sind, nämlich D-Branes. Der Standpunkt, dass Materie dasselbe wie Horizont ist, bringt Machs Prinzip zur Ruhe – alle Bewegung ist relativ zu entfernter „Materie“, entweder Materie oder Horizontmaterie, die ebenfalls Materie ist.

Diese Aussage stimmt mit dem holografischen Prinzip überein, und das holografische Prinzip kann als das ultimative Prinzip von Mach angesehen werden, da es besagt, dass alle Bewegung relativ zu einem entfernten holografischen Bildschirm ist, sodass sich das Ganze relativ zu einem entfernten Horizont bewegt . Dieses Prinzip ist präziser, quantenmäßiger und allgemeiner als Machs Prinzip, und es stimmt mit den Lösungen von GR in einem durch einen Horizont begrenzten Raum überein. Ich muss jedoch sagen, dass die deSitter-Formulierung der Stringtheorie derzeit nicht verfügbar ist, sodass das vollständige holografische Prinzip nicht vollständig bekannt ist.

Danke, für ihre Frage. Tatsächlich zeigen Sie in die Richtung von zwei großen Vereinheitlichungen, die in der Physik gemacht wurden: Lineare Bewegung und Ruhe von Newton und Beschleunigung von Einstein.

Wenn es Ihnen passt, werde ich Ihre Frage in zwei Teile unterteilen, die die Newtonsche und die Einsteinsche Physik betreffen, die sich darauf beziehen, wer die Rotation beobachtet.

Zunächst einmal, wenn Sie an einem sich drehenden Punkt auf der Erdoberfläche fixiert sind, können Sie diesen durch fiktive Kräfte messen, die auf Sie einwirken, auch in einem nicht-relativistischen Newtonschen Aufbau. Aber die interessante Frage ist, was passiert, wenn Sie sich irgendwo im Weltraum befinden.

Unter der Annahme, dass die Erde axialsymmetrisch ist, wird Ihnen die Newtonsche Physik sagen, dass es im Gravitationsfeld keinen Unterschied zu einer nicht rotierenden Erde geben wird. Sie müssen die allgemeine Relativitätstheorie berücksichtigen, um diese Frage zu beantworten. Es stellt sich heraus, dass rotierende Körper die Raumzeit kräuseln und man ihr sogar einen Drehimpuls zuordnen kann. Indem Sie diesen möglicherweise sehr schwierigen Effekt messen, könnten Sie die Erdrotation experimentell nachweisen.

Aufrichtig,

Robert

PS.: Für weitere Informationen siehe zB Über die Multipolmomente eines starr rotierenden Fluidkörpers

PPS.: @David: Wenn ich Ihre Argumentation richtig verstehe, geben Sie an, dass die Erdrotation den Referenzrahmen der Nullrotation definieren würde. Ich muss zugeben, dass dies möglicherweise nicht korrekt ist. Denken Sie an die Kerr-Raumzeit für eine nicht verschwindende Rotation eines Schwarzen Lochs. Dies ist eine ähnliche Situation, Sie können kein Koordinatensystem mit verschwindendem Drehimpuls der Raumzeit als Ganzes finden.

Die Erde dreht sich relativ zu ihrer Achse. Also, ja, die Effekte wären da - Focaults Pendel würde immer noch vorausgehen usw.

http://en.wikipedia.org/wiki/Absolute_rotation

Aus allgemeiner physikalischer Sicht ist das populäre Buch The Fabric of the Cosmos eine gute Quelle, die die Geschichte der Debatte über dieses Problem ständig diskutiertvon Brian Greene. Die Antwort auf dieses Problem war in verschiedenen Epochen seit der Zeit von Newton unterschiedlich, von dem ich glaube, dass er diese Frage zuerst in Form einer Person stellte, die sich in einem leeren Universum dreht und ob ihre Arme nach außen gespreizt sind oder nicht. Greene scheint zu glauben, dass die Stringtheorie etwas mit der Antwort zu tun hat, obwohl ich nicht so überzeugt bin, dass er Recht hat. Viel pseudowissenschaftliche Philosophie geht in diese Art von Fragen ein, weshalb ich denke, dass es am besten in einem populären Buch und nicht in einem wissenschaftlichen Kontext behandelt wird. Wie auch immer, es gibt viele verschiedene Blickwinkel und Herangehensweisen an dieses Problem, und dieses Buch ist eine gute Lektüre, wenn Sie unter anderem wissen möchten, was viele Menschen im Laufe der Geschichte über dieses Problem denken.

David Z, ausgezeichnete Antwort - Sie kommentieren, dass "... es erfordert, dass der Raum eine Art absoluten Rotationsreferenzrahmen definiert". Ich glaube, dass die Existenz des Bezugssystems beweisbar ist -

Kurz gesagt - Der Beweis basiert auf der Beziehung zwischen Winkelgeschwindigkeit und der von ihr erzeugten Zentripetalkraft. Es wird davon ausgegangen, dass die gleiche Winkelgeschwindigkeit überall im Universum die gleiche Menge an Zentripetalkraft erzeugt (bei gleicher Masse und gleichem Radius). Die Drehung wird als Winkelverschiebung von einer Referenzrichtung gemessen oder berechnet. Damit Rotationen mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit die gleiche Größe der Zentripetalkraft erzeugen, müssen ihre Referenzrichtungen rotationsstatisch relativ zueinander sein. Wenn dies nicht so wäre, würden Rotationen, die als gleich gemessen werden, unterschiedliche Mengen an Zentripetalkraft erzeugen. Die Bezugsrichtung muss nämlich für alle Drehungen mit parallelen Achsen an jedem Ort gleich sein. Wenn dies nicht so wäre, würde die Translationsbewegung einer Rotation ihre Bezugsrichtung verursachen, die rotationsstatisch sein muss, um sich zu ändern. Um Referenzen für Drehungen um drei senkrechte Achsen bereitzustellen, sind drei senkrechte Referenzrichtungen erforderlich. Eine ausführlichere Version dieses "Beweises" mit Diagrammen finden Sie unter:http://vidainstitute.org/?page_id=457

Dies bestätigt die Anforderung an das Referenzsystem, aber um die ursprüngliche Frage „Ist Rotation relativ zum Raum“ zu beantworten, müssen wir wissen, welche Form dieses System annehmen könnte. Das dreidimensionale kartesische Koordinatensystem kann eine grafische Darstellung der drei Bezugsrichtungen sein. Dieser Satz von drei senkrechten Referenzrichtungen ist mehr als eine Abstraktion. Es muss real physikalisch sichergestellt sein, dass die Bezugsrichtungen für alle Rotationen mit parallelen Achsen rotationsstatisch und parallel zueinander sind. Wenn die Beziehung zwischen der Zentripetalkraft überall im Universum gleichermaßen gültig ist, dann muss dieses Mittel zur Gewährleistung statischer Richtungen universell sein. Wenn eine Bezugsrichtung durch etwas physisch Vorhandenes beschrieben wird, dann muss es etwas Physikalisches geben, das dafür sorgt, dass alle Bezugsrichtungen für Rotationen mit parallelen Achsen, auch wenn sie durch die Breite des Universums getrennt sind, auf irgendeine Weise fixiert oder parallel zueinander gehalten werden. Das kartesische Koordinatensystem ist eine grafische Darstellung eines kubischen Gitters universeller Ausdehnung. Ein echtes physikalisches kubisches Gittergerüst, das sich über das ganze Universum erstreckt, würde die erforderlichen festen Richtungen liefern, aber die Existenz eines solchen Gitters kann von unseren Sinnen nicht erkannt werden, was also erforderlich ist, ist ein echtes physikalisches Gitter, das für die Sinne nicht wahrnehmbar ist. Ein kubisches Gitter aus elementaren elektrischen Ladungen mit abwechselnd positiven und negativen Ladungen an den Scheitelpunkten liefert eine solche physikalische Manifestation des kartesischen Koordinatensystems und ist für unsere Sinne nicht wahrnehmbar. Also meiner Meinung nach

Rotation ist nicht relativ und hier ist ein einfaches Experiment, um es zu beweisen. Nehmen wir an, Sie haben im völlig leeren Raum zwei sehr große Ringe, die nebeneinander liegen und sich relativ zueinander in entgegengesetzte Richtungen drehen. Sie haben jetzt zwei Astronauten, die auf der Innenfläche der Ringe stehen, einer auf jedem Ring.

Würde jeder die gleiche Zentripetalkraft erfahren? Ich denke nicht. Man kann sich sehr leicht vorstellen, dass sich einer der Ringe nicht dreht und der Astronaut den Ring nur mit seinen Füßen berührt und keine Zentripetalkraft erfährt. Der Astronaut auf dem anderen Ring würde definitiv eine Zentripetalkraft erfahren, da sich der Ring relativ zum ersten dreht.

Daher könnte man leicht keine Rotationsbewegung als Ring ohne Zentripetalkraft definieren. Es scheint mir, dass die Rotationsbewegung nicht relativ ist und sich nicht auf den Raum selbst bezieht.

Die Aussage "Die Erde dreht sich relativ zu ihrer Achse" ist kreisförmig, was die Achse definiert, ist die Rotation, und ohne irgendetwas anderes im Universum, um die Rotation der Erde zu beobachten, dreht sich die Erde wirklich?

Die Annahme eines Universums mit nur Erde darin sollte implizieren, dass Raum und Zeit und alles andere auch an die Erdoberfläche gebunden sind. Nun, in einem solchen Universum dreht sich die Erde um was?

Wenn der Raum als Rotationsmedium für die Erde notwendig ist, ist der Raum in einem Universum, in dem es nichts außer der Erde gibt, dann auch ein Teil dieses Universums? Was ist mit dunkler Materie, dunkler Energie und allem anderen, was die Ursache für all die "Rotationseffekte" in einem normalen Universum sein könnte?

und laut http://en.wikipedia.org/wiki/Absolute_rotation gibt es keinen Grund zu der Annahme, dass die Auswirkungen noch vorhanden sein werden.

Wer auch immer abgewählt hat, ohne zu kommentieren, warum, hat einen logischen Grund?