Simulation der Schwerkraft in einem schwerkraftlosen Universum

In meinem Fantasy-Universum gibt es eine scheibenförmige Welt mit einer flachen Oberfläche, die ungefähr die gleiche Atmosphäre wie die Erde hat (siehe hier ); Die Atmosphäre bewegt sich mit der Welt. In meinem Universum gibt es keine Schwerkraft - vielmehr werden Objekte auf der Welt durch eine konstante Aufwärtsbeschleunigung der Welt ~9,8 m/s 2 durch den unendlichen (leeren) Raum ohne andere kosmische Körper niedergehalten.

Meine Frage ist, wäre die durch diese Beschleunigung erzeugte Kraft effektiv nicht von der durch die Schwerkraft auf der Erde erzeugten Kraft zu unterscheiden? Würde dies das Verhalten von Flugzeugen auf offensichtliche Weise beeinflussen?

@Giter Da dieses Universum keine Schwerkraft hat, werfen sie wahrscheinlich auch die Relativitätstheorie.
@Nat, mit oder ohne Schwerkraft, c ist immer noch die Grenze
Mit „universelle Turbulenz“ meine ich, dass Objekte viel Wind und Wärme erzeugen, wenn sie durch das Universum fliegen. Es sei denn, das Universum ist natürlich nicht voller Atmosphäre, aber in diesem Fall fällt die gesamte Luft fast sofort von der Seite, es sei denn, die Welt ist schüsselförmig.
Willkommen beim Worldbuilding, mario_sunny! Wenn Sie einen Moment Zeit haben, nehmen Sie bitte an der Tour teil und besuchen Sie das Hilfezentrum , um mehr über die Website zu erfahren. Sie können auch Worldbuilding Meta und The Sandbox (für die beide 5 Wiederholungen zum Posten benötigen) nützlich finden. Hier ist ein Meta-Beitrag über die Kultur und den Stil von Worldbuilding.SE, nur um Ihnen zu helfen, unseren Umfang und unsere Methoden zu verstehen und wie wir die Dinge hier tun. Habe Spaß!
Ja, die Kraft wäre die gleiche, für kurze Zeit, dann überschreiten Sie die Lichtgeschwindigkeit und seltsame Dinge passieren und wahrscheinlich sterben alle.
@TrevorD Sie würden niemals die Lichtgeschwindigkeit erreichen - betrachten Sie die relativistische Rakete .
Das ist das Lustige an der Relativitätstheorie, man kann ewig beschleunigen und wird doch nie die Lichtgeschwindigkeit erreichen. Tatsächlich werden Sie Licht immer mit der gleichen Geschwindigkeit in jede Richtung gehen sehen. Und da das Universum sowieso leer ist, wird es keinen anderen sinnvollen Hinweis darauf geben, wohin sich die Welt mit lächerlicher hyperrelativistischer Geschwindigkeit bewegt. Was gut ist, denn irgendwann würde jedes Teilchen sonst irgendwann ein Loch durch die Welt schlagen.
@Eth Ich frage mich; Gibt es eine Geschwindigkeit, bei der der Teilchenquerschnitt auf einen so kleinen Wert abfällt, dass die Materie praktisch aufhört, sich gegenseitig zu bemerken?
Wie kann man Trägheit haben, aber keine Schwerkraft?
Ist das Schildkrötenantrieb?
@Spencer: Die Beschleunigung wird tatsächlich durch die kombinierten Wachstumsschübe eines unendlichen Schildkrötenstapels erzeugt.
@Yakk Irgendwann hat das Teilchen so viel kinetische Energie angesammelt, dass es sich aus Ihrer Sicht in ein schwarzes Loch verwandelt, sodass der Querschnitt einen bestimmten Punkt nicht unterschreiten kann. Ob es ausreichen würde, Kollisionen zu vermeiden, wäre eine gute Frage im Physikteil!

Antworten (4)

TL;DR

Eure Welt wird eine konstante, gleichmäßige Schwerkraft erfahren. Alles beschleunigt mit der gleichen Geschwindigkeit nach oben – aber das ist in unserem Universum nicht der Fall, da die Schwerkraft (ungefähr) einem umgekehrten quadratischen Gesetz folgt, und genauer gesagt dem Rahmen der allgemeinen Relativitätstheorie.

Auf der Erde ist dies nicht der Fall, und es gibt eine Reihe verschiedener Auswirkungen. Einige sind offensichtlich und andere nicht:

  • Die Schwerkraft variiert über die Erdoberfläche.
  • Die Schwerkraft variiert in verschiedenen Höhen.
  • Die Schwerkraft variiert über kurze Höhenänderungen – messbar mit ausgeklügelten Geräten.
  • Gezeitenkräfte entstehen durch Schwerkraftunterschiede zwischen mehreren Punkten.

Änderungen der Oberflächengravitation

Die Schwerkraft ist auf der Erdoberfläche nicht ganz gleichförmig. Die Erde dreht sich, und daher ist der Äquatorradius um etwa 22 km größer als der Polarradius, was bedeutet, dass die Schwerkraft am Pol stärker ist als am Äquator. Dies könnte einige Auswirkungen haben , die jedoch für das menschliche Auge nicht sofort sichtbar sind. es sind nur 0,6%. Lokale Höhenunterschiede von der Oberflächentopologie wirken sich auch auf die Schwerkraft aus. Denken Sie daran, dass selbst der Mount Everest nur etwa 9 km über dem Meeresspiegel liegt. Mascons – lokale Gravitationsanomalien – sind auf dem Mond vorhanden, aber auf der Erde nicht wichtig, obwohl solche Abweichungen kartiert werden können:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein
Karte der Gravitationsschwankungen auf dem Meeresboden. Bildnachweis: NOAA.

Kurz gesagt, wenn Sie eine lange Strecke auf der Erde zurücklegen, können Sie vielleicht einen Unterschied in der Oberflächengravitation sehen, aber nur mit ziemlich guter Messausrüstung. Wenn Sie irgendwo auf dieser Welt reisen, sollten Sie keine Abweichungen sehen.

Veränderungen in der Atmosphäre

Die Schwerkraft wird auch schwächer, wenn Sie durch die Erdatmosphäre aufsteigen, dank des umgekehrten Quadratgesetzes. Auch hier wären selbst Höhenflugzeuge wie die U-2 nur in der Lage, Abweichungen in der Größenordnung von etwa 1% zu messen, und ein Flugzeug wird stärker von atmosphärischen Turbulenzen beeinflusst als von dieser Änderung der Schwerkraft. Daher wäre diese Änderung schwer zu messen. Dasselbe gilt für Tunnel unter der Erdoberfläche, aber selbst das tiefste von Menschenhand geschaffene Loch auf der Erde ist nur 12-13 km tief.

Änderungen im kleinen Maßstab

Es gab Experimente, die gezeigt haben, dass sich allgemeine relativistische Effekte in verschiedenen Höhen über der Erdoberfläche tatsächlich wie vorhergesagt ändern – das Pound-Rebka-Experiment war berühmt, ebenso wie das Hafele-Keating-Experiment . Ersteres testete Änderungen in der Gravitations-Rotverschiebung; Letzteres testete Änderungen der Zeitdilatation von der speziellen und allgemeinen Relativitätstheorie. Diese Veränderungen wären in eurer flachen, sich beschleunigenden Welt nicht vorhanden. Allerdings erfordert dies wiederum empfindliche Messgeräte.

Gezeiten und Gezeitenkräfte

Dank geht an Nat, der mich an diesen erinnert hat. Die Gezeiten auf der Erde ergeben sich aus den Positionen von Mond und Sonne zueinander. Ohne Schwerkraft würden Sie keine Gezeiten sehen – selbst wenn ein Mond und ein Stern am Himmel erscheinen. Nicht auch, dass „Gezeitenkräfte“ im anderen Sinne des Wortes aus einem Gravitationsgradienten entstehen – einem Unterschied in der Schwerkraft zwischen zwei Punkten. Bei gleichmäßiger Beschleunigung sieht man so etwas nicht.

Es sei denn, die flache Welt ist in irgendein kosmisch riesiges Bankmanöver verwickelt ...
@JoeBloggs Das würde erklären, wie sich einige Scifi-Raumschiffe bewegen.
Während das Gravitationsfeld der Erde um 0,6 % variieren kann (ich habe es nicht überprüft), variiert das des Mondes um 1,6 %. Ich habe einige dieser Zahlen in meiner Antwort auf A moon that is hard to orbit verwendet .
@MichaelKjörling Ja! Und ich habe in meinem Edit zufällig gerade Maskottchen erwähnt.
Gezeiten könnten simuliert werden, wenn die flache Welt leicht geneigt wäre und diese Neigung sich um ihre vertikale Achse drehte.
"Der durchschnittliche Druck und die Dichte wären in allen Höhen gleich" was? Nein, falsch, völlig falsch. Druck entsteht durch das Gewicht der Dinge über dir; es wäre leicht reduziert, aber sehr leicht, fast die gesamte Atmosphäre befindet sich dort, wo die Schwerkraft über 99% der Oberflächengravitation liegt.
@Yakk Ich war dumm und habe die barometrische Formel falsch angewendet, von der ich erkannte, dass sie mit der Konstante genau gleich ist g . Du hast Recht; Ich habe meine Antwort bearbeitet.
Zweite Ausgabe; Sonne und Mond liefern Energie für die Gezeiten, aber die Aussage, dass Gezeiten aus ihnen „entstehen“, ist fraglich; Die Form der Gezeiten kommt mehr von der Form des Ozeanbeckens als von Sonne/Mond (die naive Gezeitenwölbung ist nicht die Art und Weise, wie Gezeiten funktionieren). Jede vernünftige Kraftantriebsfunktion, wie die Welt, die in einem Zeitraum von ~ 24 Stunden wackelt, würde erdähnliche Gezeiten mit einer Frequenz erzeugen, die ein Vielfaches der Antriebsfunktion ist.
@Yakk Tomas hat oben etwas Ähnliches erwähnt; Das überlege ich schon ein bisschen. Ich werde die Antwort bearbeiten, wenn ich etwas Ausführlicheres zu diesem Thema zu sagen habe.
en.wikipedia.org/wiki/Tide#/media/File:M2_tidal_constituent.jpg -- Gezeiten schwappen kreisförmig um die Null-Gezeiten-Knoten.

Meine Frage ist, wäre die durch diese Beschleunigung erzeugte Kraft effektiv nicht von der durch die Schwerkraft auf der Erde erzeugten Kraft zu unterscheiden?

Ja. Das ist der zentrale Punkt von Einsteins Gedankenexperiment zum versiegelten Aufzug, das das Äquivalenzprinzip demonstriert.

https://en.wikipedia.org/wiki/Einstein%27s_thought_experiments#Falling_painters_and_accelerating_elevators

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c2/Equivalence_principle_thought_experiment.png Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Später verfeinerte Einstein sein Gedankenexperiment, indem er sich einen Mann in einer großen geschlossenen Truhe oder einem Aufzug vorstellte, der frei in den Weltraum fällt. Im freien Fall hielt sich der Mann für schwerelos, und alle losen Gegenstände, die er aus seinen Taschen entleerte, würden neben ihm schweben. Dann stellte sich Einstein ein Seil vor, das am Dach der Kammer befestigt war. Eine Art mächtiges „Wesen“ beginnt mit konstanter Kraft am Seil zu ziehen. Die Kammer beginnt sich mit einer gleichmäßig beschleunigten Bewegung "nach oben" zu bewegen. Innerhalb der Kammer stimmen alle Wahrnehmungen des Mannes damit überein, dass er sich in einem einheitlichen Gravitationsfeld befindet. Einstein fragte: "Sollen wir den Mann anlächeln und sagen, dass er sich in seiner Schlussfolgerung irrt?" Einstein antwortete mit Nein. Vielmehr lieferte das Gedankenexperiment „

. .

Würde dies das Verhalten von Flugzeugen auf offensichtliche Weise beeinflussen?

Wenn die Scheibenwelt perfekt flach ist und keine Kanten vorhanden sind, gleitet die Atmosphäre schnell vom Rand der Scheibe ab. Wenn die Welt eine (60-65 Meilen) Mauer um sich herum hat, dann bleibt die Luft drin.

Ich habe positiv gestimmt, aber ich möchte darauf hinweisen, dass dies nur in einem einheitlichen Gravitationsfeld gilt - lokal auf der Erde, aber nicht global.
@ HDE226868 Da es sich um ein schwerkraftfreies Universum handelt und die Scheibe mit 9,8 m / s ^ 2 beschleunigt, verstehe ich " lokal auf der Erde, aber nicht global " nicht, da der "Globus" "lokale Erde" ist .
Ich meine, dass das Gravitationsfeld der Erde nicht einheitlich ist, während das dieser Welt es ist. Mit anderen Worten, Einsteins Gedankenexperiment gilt an jedem beliebigen Punkt, aber wenn Sie über die Erde reisen, werden Sie aufgrund unterschiedlicher Schwerkraftstärken unterschiedliche Effekte sehen. Das wird auf dieser Platte nicht der Fall sein.
@ HDE226868 auch, ja, es ist gleichmäßige Schwerkraft, aber ... es ist " Simulation der Schwerkraft ", und Simulationen sind nie genau. :)
Da hast du mich aber erwischt. :-) Ich nehme an, es ist nah genug.

Was beschleunigt die Weltscheiben? Ist es eine universelle Kraft, die Felsen oder Erde nach oben treibt? Natürlich könnte es auch eine universelle Kraft sein, die Nicht-Stein/Nicht-Schmutz-Material nach unten beschleunigt.

Der offensichtliche Weg, ein Raumschiff zu bauen, wäre also, etwas "Weltmaterial" aus dem Scheibenplaneten herauszuschneiden. Es wäre nicht nur schwerelos, sondern da ist die Beschleunigung eine Konstante   9.8 m / s 2 , andere Sachen könnten darauf gestapelt werden. Es wäre eine Art Anti-Schwerkraft-Transportmedium.

Die Prämisse "konstante Beschleunigung" klingt unglaubwürdig? Nein, überhaupt nicht - es ist sogar eine Voraussetzung !

Die Beschleunigung muss unabhängig von der Menge des darauf gestapelten "Nicht-Welt-Materials" sein. Andernfalls würde die Weltscheibe kippen , sobald die unbeschleunigte Masse ungleichmäßig über die Welt verteilt wäre. An der Scheibenspitze würden Wasser und Luft nach unten strömen, wodurch die Scheibe noch schneller weiter kippen würde. Wasser und Luft sind andere Dinge, die von der Scheibe fallen würden, mit vorhersehbaren Ergebnissen. Dieses nicht beschleunigende Zeug würde schließlich auch niedrigere/hintere Scheibenplaneten mit relativistischen Geschwindigkeiten treffen.

Ihre "Flugzeuge" wären schwimmende Felsen, wie Luftschiffe (Zeppeline), aber ohne den Aufwand. Sie wären auch Raumschiffe, aber sobald Sie die Atmosphäre verlassen (das wäre einfach), funktionieren normale Steuerflächen nicht mehr. Sobald Sie den Weltscheibenbereich (seitwärts schwebend) verlassen, benötigen Sie Reaktionsantriebe. Nun, das ist echt scheiße ... naja, nicht für die Jungs, die den Felsen steuern. Sie können einfach Material in die entgegengesetzte Richtung schleudern, um Schub in die gewünschte Richtung zu erzeugen. Kein Problem, solange sie "schwimmendes Gestein"-Material verwenden ... aber sehr wohl ein Problem für niedrigere / nachlaufende Welten, sobald sie auf die (offensichtliche) Idee kommen, Müll zu starten. Die Chancen stehen gut, dass irgendwann eine andere Welt von einem Scheißhaufen getroffen wird, der mit hyperrelativistischer Geschwindigkeit einschlägt.


Hinweis: Auch Photonen (Wärme/Licht, die von der Erde oder ihrer Sonne abgestrahlt werden) wären in den unteren Regionen des Universums zu extrem harter Strahlung geworden. Also wären nur die "obersten" Welten im unendlichen Universum überhaupt bewohnbar.

Da es in deinem Universum keine anderen kosmischen Körper gibt, hast du auch keine Sonne. Keine Sonne bedeutet kein Sonnenlicht und kein Sonnenlicht bedeutet, dass Ihre Welt eine Temperatur haben wird, die so nahe am absoluten Nullpunkt liegt, wie es Heisenberg zulässt. (Abgesehen von geologischer Aktivität [die meiner Meinung nach ohne Schwerkraft nicht existieren sollte] und Radioaktivität, falls sie existieren sollte.)

Ihre Flugzeuge könnten also nicht abheben, da keine gasförmige Atmosphäre vorhanden wäre.

Bist du sicher? Es scheint mir, dass die Sonne nicht das einzige ist, was uns auf diesem Planeten wärmt; Auch von unten kommt Wärme nach oben.
Es gibt geologische Hitze, im Grunde ein Überbleibsel der Planetenbildung, was ein Gravitationskollaps ist, der in dieser Welt nicht existiert. und Radioaktivität, die ich erwähnt habe.
Immer noch nicht sicher, ob Sie daraus schließen können, dass es so kalt ist. Dies ist eine anders geformte Welt, in der neben der Schwerkraft noch andere Kräfte im Spiel sind; Wer weiß, was zur Entstehung der Welt geführt hat und welche Temperatur sie hat. Tatsächlich bin ich mir nicht einmal sicher, ob es sinnvoll ist zu sagen, dass es keine Schwerkraft gibt, da es eine Kraft gibt, die wie eine Schwerkraft geht und quakt.