Warum gibt es eine Präferenz zwischen verschiedenen Bezugsstellen?

Ich weiß, dass ein klassisches mechanisches Gesetz auf Folgendes hinweist (das erste Newtonsche Gesetz): Materielle Teilchen mit konstanter Geschwindigkeit werden sich weiterhin gleichmäßig in gerader Linie bewegen. Befinden sich materielle Teilchen in einem Ruhezustand, bleiben sie auch weiterhin in Ruhe. Dieses Gesetz gilt nur für eine Art Referenzrahmen (RFs) (genauer gesagt gilt es nur für RFs mit bestimmten singulären Bewegungszuständen).

Die erste Frage, die mir in den Sinn kam, war:

Warum gibt es in der klassischen Mechanik gültige und ungültige Bezugskörper? Ich weiß, dass Newtons Gesetze nur in Trägheitsbezugssystemen gelten, aber mir kam die gleiche Frage in den Sinn: Warum?

Bei einigen Recherchen las ich, dass Einstein dachte, es sei nicht möglich, den Grund zu finden, warum Körper unterschiedliche Verhaltensweisen in Bezug auf verschiedene Bezugssysteme haben (unter Verwendung der klassischen Mechanik). Ich habe auch gelesen, dass Newton versucht hat, diese Präferenz zu entkräften, aber es war nicht möglich.

Das ist eine interessante Frage. Ich denke, es hat mit dem Universum zu tun, in dem wir leben. Wir wissen nicht warum, aber unsere physikalischen Gesetze beinhalten F = M A Wenn M = C Ö N S T . , es sagt nichts über die Geschwindigkeit aus, also sind RFs mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten nicht zu unterscheiden, während beschleunigte nicht ...
In der Allgemeinen Relativitätstheorie wird die objektive Unterscheidung zwischen beschleunigten und unbeschleunigten Beobachtern/Referenzsystemen aufgegeben und es gibt eine solche Bevorzugung nicht mehr.
@AdomasBaliuka: Deine Aussage ist falsch. In GR sind frei fallende Beobachter träge.
Deine Frage ist mir nicht klar. Kein Bezugsrahmen ist "ungültig". Sie fragen sich, warum Trägheitsrahmen in der Newtonschen Mechanik einen besonderen Stellenwert haben? ... Es wäre hilfreich, wenn Sie den Text der Zitate von Einstein und Newton bereitstellen und Referenzen für diese Zitate angeben würden.
Ein ungültiger Referenzrahmen ist nicht der beste Weg, dies zu erklären. Ein richtiges Wort wäre Präferenz. Lassen Sie uns zitieren, was Einsten schrieb: „Wie kommt es, dass bestimmten Bezugskörpern (bzw. deren Bewegungszuständen) gegenüber anderen Bezugskörpern (bzw. deren Bewegungszuständen) Vorrang gegeben wird? Was ist der Grund für diese Bevorzugung?“ Sie finden es im Kapitel "In welcher Hinsicht sind die Grundlagen der klassischen Mechanik und der speziellen Relativitätstheorie unbefriedigend?" (Teil II; Die Allgemeine Relativitätstheorie)

Antworten (1)

Obwohl die Newtonsche Mechanik der Einfachheit halber normalerweise in der Sprache der Trägheitssysteme eingeführt wird, kann sie auch koordinatenfrei mit den Werkzeugen der Differentialgeometrie gelehrt werden, die ein Fach ist, das auf dem Konzept einer Mannigfaltigkeit (einer Verallgemeinerung und Formalisierung ) basiert des Begriffs einer Oberfläche).

In dieser anspruchsvolleren Umgebung wird die Raumzeit durch eine Mannigfaltigkeit dargestellt, und Newtons 1. Gesetz besagt, dass ein Objekt, das frei von Kräften ist, in dieser Mannigfaltigkeit einer geraden Linie folgt. Dabei wird eine „Gerade“ im Sinne der Mannigfaltigkeit und nicht im Sinne einer bevorzugten Koordinatenwahl definiert.

Wie Sie wahrscheinlich erraten können, folgt diese Sprache der Relativitätstheorie, in der Newtons 1. Gesetz gilt, wobei die Hauptänderung die geometrische Struktur der Mannigfaltigkeit ist.

Wenn Ihnen das nicht viel Sinn macht, werden Sie verstehen, warum Leute die Newtonsche Mechanik normalerweise in der Sprache eines Koordinatensystems einführen (insbesondere eines, in dem eine gerade Linie die einfachste mögliche Formel hat).

Natürlich könnte man auch in dieser koordinatenfreien Darstellung fragen: „Was ist das Besondere an geraden Linien?“, und das ist etwas, was wir als Axiom nehmen, da muss man doch irgendwo anfangen, oder?

Ihre Frage ist wichtig, da Koordinaten der Natur nicht eigen sind und für die Angabe der Grundgesetze nicht wesentlich sein sollten. Tatsächlich ist die Differentialgeometrie deshalb ein so wichtiges Fach in der Physik.

Okay, bitte korrigiert mich, wenn ich falsch liege. Eine Mannigfaltigkeit ist jeder Raumbereich, der lokal wie euklidische Geometrie aussieht. Könnten wir mit dieser Annäherung Körper mathematisch mit Referenzrahmen in Beziehung setzen, unabhängig davon, ob Referenzrahmen beschleunigt werden? Ich weiß, dass GR das Präferenzproblem vermeidet. Ich weiß immer noch nicht warum, aber ich werde es bald arbeiten.
Aber meine Frage war eher, warum es einen Unterschied zwischen Referenzrahmen gibt, wenn wir klassische Mechanik verwenden. Sollte nicht etwas erklären, warum sich Körper in Bezug auf verschiedene Referenzrahmen (nennen wir sie K und K') unterschiedlich verhalten? Ich denke, die Verwendung von Differentialgeometrie führt mich zu GR, aber ich versuche, den Grund für diese Präferenz nur mit klassischer Mechanik zu finden
@JD_PM Sie können die Gesetze der klassischen Mechanik in allgemeinen Koordinaten ausdrücken, aber die Gleichungen nehmen ihre einfachste Form in Trägheitskoordinaten an.
Warum gibt es eine Präferenz zwischen verschiedenen Bezugsstellen?
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