Es gibt also offensichtlich keinen universellen Bezugsrahmen für die Geschwindigkeit. Nach der Relativitätstheorie gibt es keinen Unterschied zwischen zwei sich relativ zueinander bewegenden Beobachtern, sie erfahren beide identische physikalische Gesetzmäßigkeiten. Aber gilt das auch für die Rotation?
Ein Objekt gewinnt Rotationsenergie, wenn ein Drehmoment auf es ausgeübt wird, und es übt abhängig von seiner Rotationsgeschwindigkeit auch Kräfte auf andere Objekte aus. Dies wurde in vielen Science-Fiction-Filmen verwendet, in denen das Raumschiff einen rotierenden Teil hat (wie zum Beispiel beim Marsianer) und die Astronauten aufgrund der Kraft, die der rotierende Teil ausübt, lässig darin stehen können ihnen. Offensichtlich würde das nicht funktionieren, wenn sich dieser Teil des Schiffes nicht drehen würde. Aber woher wissen wir, ob es sich tatsächlich dreht oder nicht? Wenn wir sagen können, ob es so ist, gibt es dann nicht einen universellen rotierenden stationären Bezugsrahmen, mit dem wir alles vergleichen müssen, was sich dreht?
Ein rotierendes Bezugssystem ist kein Trägheitsbezugssystem: Im rotierenden Bezugssystem beschleunigen sich Objekte, obwohl keine Kräfte auf sie einwirken.
In Ihrem Beispiel können Sie tatsächlich leicht feststellen, ob Sie sich drehen oder sich das Universum um Sie dreht. Im ersten Fall herrscht auf dem Schiff künstliche Schwerkraft, im zweiten Fall nicht.
Also ja, Rotation funktioniert anders als Geschwindigkeit. Es gibt jedoch nicht das eine „allgemeine ortsfeste Bezugssystem“, sondern viele: Die Klasse der Bezugssysteme, die weder gedreht noch anderweitig beschleunigt werden, sind die Inertialsysteme.
Die anderen Antworten auf diese Frage folgen alle dem klassischen Gedankengang: Wir können die beiden folgenden Situationen unterscheiden:
Die Idee war, dass wir in Fall (i) Coriolis und Zentrifugalkraft beobachten würden (letztere ist diejenige, über die das OP bei der Erwähnung von Scifi-Apparaturen geschrieben hat), aber nicht in Fall (ii).
Diese Debatte reicht zumindest bis zu Newton zurück, und es war der Schlüssel im Denken von Mach, dass Trägheit vollständig durch die Schwerkraft erklärbar sein sollte. Eine sehr gute historische Darstellung findet sich in [Pfi07], die auch für Laien (zu denen ich mich einordne!) sehr gut lesbar ist. Dieser Artikel zeigt, wie Physiker im Laufe des 20. Jahrhunderts langsam zu der Erkenntnis kamen, dass eine rotierende, fast kugelförmige Hülle aus Materie die Coriolis- und die Zentrifugalkraft in sich selbst induziert, und zwar genau so (die mathematische Demonstration des Ergebnisses findet sich in einem klassischen Artikel vom selben Autor und einem Mitarbeiter [PB85]). Mit induzieren meine ich die Gravitationswirkung der rotierenden Schale: Ich gehe nicht davon aus, dass sich alles innerhalb der Schale mitdreht (das wäre eine kreisförmige Argumentation!).
Auch wenn dies überhaupt nicht realistisch ist, sollte es uns zu denken geben, da es dem klassischen Gedankengang, an den ich oben erinnerte, völlig widerspricht: Fall (ii) reproduziert exakt Fall (i)!! Nun kann man fragen, was diese Hülle aus Materie dreht. Die Antwort ist, dass man eine asymptotisch flache Raumzeit postuliert: Einfach gesagt, unendlich weit, Newtons erstes Prinzip gilt, dh eine Testmasse unterliegt keinen Gravitations- oder Trägheitskräften. Doch innerhalb der Hülle würde ein Beobachter, der die Bahnen sich bewegender Körper beobachtet, zu dem Schluss kommen, dass er an einem rotierenden Rahmen gefesselt ist, obwohl er es nicht ist.
Ich behaupte nicht, dass dies in irgendeiner Weise die "ultimative" Antwort ist, aber dies ist ein sehr interessanter Denkanstoß ...
[Pfi07] Herbert Pfister. Zur Geschichte des sogenannten Linsen-Tirring-Effektes. General Relativity and Gravitation, 39(11):1735–1748, Nov 2007. Freier Zugriff auf citeseerx
[PB85] H Pfister und KH Braun. Einleitung der richtigen Zentrifugalkraft in eine rotierende Massenschale. Classical and Quantum Gravity, 2(6):909, 1985.
Ich werde nein sagen - es gibt keinen universellen Rahmen "in Ruhe" für die Rotation. Sicherlich können wir hier auf der Erde unsere Rotation messen und einen festen Rahmen relativ zum Universum finden. Darüber hinaus könnten andere Menschen im Sonnensystem zustimmen – es sei denn, sie bemerken das winzige Frame-Draging (auch bekannt als Lens-Thirring-Effekt).
In der Nähe eines rotierenden Schwarzen Lochs kann der Effekt groß sein, und wenn Sie in Ihrem Raumschiff sind und keine Zentripetalkraft spüren [das heißt, Sie rotieren offiziell nicht] – Beobachter auf der Erde würden Sie rotieren sehen und umgekehrt.
Außerdem: Das Ziehen des Rahmens kann unterschiedlich sein - also definieren zwei benachbarte Punkte "nicht drehen" unterschiedlich. Dadurch entstehen sogenannte Wirbellinien zur Visualisierung der Raumzeit in der Nähe von Schwarzen Löchern:
http://www.caltech.edu/news/physicists-discover-new-way-visualize-warped-space-and-time-1680
Ja, es gibt einen universellen Referenzrahmen für die Rotation. Man könnte auch das triviale Argument anführen, dass es unendlich viele solcher Referenzrahmen gibt, die alle eine Winkelgeschwindigkeit von Null in Bezug aufeinander und auf die gesamte Langstreckenstruktur des Universums hätten.
Ein rotierendes Objekt (oder eine Menge rotierender Objekte), das/die irgendwie durch eine andere Kraft als nur durch die gegenseitige Anziehungskraft um einen Punkt in Rotation gehalten wird/werden, bewegt sich nicht frei entlang einer geodätischen [ https://en .wikipedia.org/wiki/Geodesics_in_general_relativity] - es gibt eine konstante Beschleunigung, die aus einer Kraft resultiert, die das/die Objekt(e) auf den Rotationspfaden hält, allgemein als Zentripetalkraft bezeichnet. Dies könnte in Form der Spannung in einer Schnur oder einer anderen mechanischen Verbindung geschehen, die mehrere Objekte zusammenhält, während sie sich umeinander drehen, oder im Fall eines einzelnen Objekts, das sich verformt (ausbaucht) – z. B. eine Kugel, die sich am Äquator ausbaucht - Es ist die Kohäsion seines Materials, die die notwendige stabilisierende Kraft bereitstellt, um sicherzustellen, dass es nicht auseinander fällt.
Innerhalb des Bezugssystems der umeinander rotierenden Objekte (oder Teile des Objekts, die sich um ihre Rotationsachse drehen) wird eine entsprechende Zentrifugalkraft gefühlt, die sonst nicht gefühlt worden wäre, wenn es keine solche Rotation gegeben hätte .
Das Vorhandensein dieser Zentrifugalkraft zeigt an, dass sich das Objekt bzw. die Objekte dreht bzw. drehen. Die Rotation kann in Bezug auf die gesamte Langstreckenstruktur des Universums betrachtet werden. Es gibt einige Diskussionen darüber, wie man das genau definiert [ https://en.wikipedia.org/wiki/Absolute_rotation ] - aber im Allgemeinen wird das Vorhandensein einer Zentrifugalkraft betrachtet, die rotierende Objekte auseinander zu ziehen scheint ein Zeichen dafür, dass sich das betreffende Objekt (die fraglichen Objekte) in Bezug auf einen absoluten Bezugsrahmen dreht (drehen).
Im Spezialfall von zwei oder mehr gravitativ gebundenen Objekten, die um ihren gemeinsamen Schwerpunkt rotieren, bewegen sich diese Objekte (beliebige Beobachter auf ihnen) tatsächlich frei entlang einer Geodäte und die auf einen auf einem dieser Objekte befindlichen Beobachter wirkende Gravitationskraft ( zB ein erdumkreisender Astronaut auf der ISS) würde jede zu erwartende Zentrifugalkraft im Bezugssystem eines solchen Beobachters exakt ausgleichen.
Die Erklärung in arXiv:physics/0409010 ist für das allgemeine Publikum ziemlich zugänglich.
Unter GR-Gravitation und beschleunigter Relativitätstheorie ist die Rotationsbewegung kein Trägheitsbezugssystem. Ein Trägheitsbezugssystem in GR muss eine konstante Geschwindigkeit sowohl Geschwindigkeit als auch Bewegungsrichtung haben. Für GR bedeutet Beschleunigung, dass es sich mit beschleunigter Geschwindigkeit in einer geraden Linie oder mit fester Geschwindigkeit mit variierender Richtung oder beidem bewegt.
Was jedoch SR betrifft, ist die Rotationsbewegung mit konstanter Geschwindigkeit ein Trägheitsbezugssystem. Die konstante Richtungsänderung hat keinen Einfluss auf die SR-Zeitdilatation und nur der konstante Geschwindigkeitswert zählt für das Phänomen. Auch eine Kreisrotation mit fester Geschwindigkeit erzeugt keine GR-Beschleunigungs-Zeitdilatation, wie in dem jüngsten g-2-Fermilab-Myonenexperiment gezeigt wurde, und es wurde nur die SR-Zeitdilatation mit konstanter Kreisgeschwindigkeit gemessen. Was meinen Standpunkt beweist.
GRT anziehen
Lichtbahnen beschreiben nach der Feldgleichung die Geodäten des Weltraums. Unter der Annahme der Unabhängigkeit von Rotationsrahmen und des Universums, das sich relativ zur Geodäte des Weltraums dreht, und einer festen Lichtquelle, die Strahlen aussendet, würde das Universum die Bahnen als Spiralen beobachten. Wir beachten das nicht!
Gedankenexperiment innerhalb von SRT:
Stellen Sie sich ein optisches System vor, das einen Strahl um ein Objekt auf einem Kreis (oder einem regelmäßigen Polygon mit genügend Beinen) mit festem Radius r rotieren lässt . Nun erwarten wir, dass alle Annahmen unabhängig von der Rotation in beiden Systemen gelten.
Lassen Sie das Universum samt optischem System mit Winkelgeschwindigkeit um das feste Objekt rotieren . Da sich das optische System nicht in Richtung des Radius bewegt, gilt für den Radius keine Längenkontraktion. Aufgrund der invarianten Zeitbasis [3] bleibt die Periode T des Strahls gleich.
Für den Fall, dass Universum und Strahl in die gleiche Richtung rotieren, ist die Weglänge des Strahls nach der Periode T gleich [1]
Als sind invariant, alle führt zu einem Widerspruch.
Fazit: SRT unterstützt keine Gleichheit von Rotationssystemen.
AccidentalFourierTransform