Wie können wir feststellen, ob sich die Erde ohne externe Referenzen dreht? [Duplikat]

Da sich die Erde um sich selbst dreht, ist sie kein Trägheitsbezugssystem , was bedeutet, dass auf ruhende Objekte im Bezugssystem zusätzliche fiktive Kräfte wirken. Für eine sich drehende Referenz wird die fiktive Kraft als Coriolis-Kraft bezeichnet , die für viele Phänomene wie das Foucault-Pendel verantwortlich ist .

Andere Antworten haben einige praktische Beobachtungen richtig identifiziert, die verwendet werden können, um festzustellen, dass sich die Erde dreht (Kreisel; Spannung in den Felsen; Foucault-Pendel; einfach Fallenlassen von Alltagsgegenständen usw.). Hier werde ich eine Anmerkung zum Hintergrund der Frage hinzufügen. Der Hintergrund ist eine Intuition, dass die allgemeine Relativitätstheorie vielleicht nahelegt, dass es nicht möglich wäre, zu sagen, dass sich ein Objekt dreht, ohne nach außen zu schauen. Die Hauptsache, die ich sagen möchte, ist, dass die allgemeine Relativitätstheorie dies nicht nahelegt, außer in einem bestimmten spezifischen Sinne.

Um dies klarzustellen, müssen wir zwei Verwendungen des Wortes „rotieren“ unterscheiden:

1. etwas dreht sich relativ zu den fernen Sternen
2. Ein Körper bewegt sich starr um eine Achse ohne Trägheit

Laut GR kann man Bewegung (2) erkennen, ohne Beobachtungen des Rests des Universums zu benötigen. Führen Sie einfach eines der Experimente durch, die in anderen Antworten aufgeführt sind (und in meinem einleitenden Absatz kurz erwähnt wurden). Außerdem können wir eine Aussage darüber treffen, was passieren würde, wenn es „den Rest des Universums“ nicht gäbe. Laut GR beeinflusst der Rest des Universums die lokale Raumzeit an jedem Punkt, aber wenn man den Rest des Universums und damit seinen Einfluss auf die Raumzeit irgendwie entfernen würde, würde sich die lokale Raumzeit nicht sehr ändern, und man könnte es immer noch durch einfache experimentelle Tests nicht-inertiale von inertialen Rahmen unterscheiden. Man könnte also immer noch feststellen, ob die Erde die oben aufgeführte Bewegung vom Typ (2) hatte oder nicht.

Machs Prinzip wurde in einer anderen Antwort erwähnt. Der wichtige Punkt hier ist, dass das Universum nicht im natürlichsten Sinne des Wortes Machian ist (Definitionen in diesem Bereich sind nicht vollständig festgelegt). In diesem Sinne ist Machs Prinzip falsch .

Nun eine kurze Bemerkung zu Typ (1). Es ist möglich, ein Inertialsystem zu haben (dh keine "Rotation" nach Typ (2)), das sich relativ zu den fernen Sternen dreht. Diese Situation wird Rahmenziehen genannt; es tritt in der Nähe von großen, schnell rotierenden Körpern auf. Es ist ein winziger Effekt (dh eine solche Rotation ist extrem langsam, es sei denn, es handelt sich um etwas wie ein Schwarzes Loch).

Die Erdrotation kann mit einem Gyroskop ( http://www.tkt.cs.tut.fi/research/nappo_files/Symposium_Gyro_Technology_2010_web.pdf ) erfasst werden. Es sieht so aus, als ob die in dem Artikel verwendete Ausrüstung weniger als 1000 US-Dollar kostet (ohne Computer).

EDIT (24.08.2019): Ein anderer Ansatz wurde von Compton (Science 23 May 1913: Vol. 37, Issue 960, S. 803-806) vorgeschlagen:

„Wenn ein mit Wasser gefülltes kreisförmiges Rohr in einer Ebene senkrecht zur Erdachse platziert wird, bewegt sich der obere Teil des Rohrs mit dem Wasser darin in Bezug auf den unteren Teil nach Osten. Wenn das Rohr schnell um 180 gedreht wird Grad um seinen Ost- und Westdurchmesser als Achse, erreicht der Teil der Röhre, der sich auf der oberen Seite befand, eine relativ westliche Bewegung, wenn er nach unten gedreht wird (da er sich der Erdachse nähert). Aber das Wasser in diesem Teil von die Röhre behält einen großen Teil ihrer ursprünglichen Ostbewegung bei, was mit geeigneten Mitteln nachgewiesen werden kann.“

"Wenn, dann$\alpha$ist die Winkelgeschwindigkeit der Erdrotation,$r$der Radius des Kreises, in den das Rohr gebogen wird ..., die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Wasser und dem Rohr, wenn es aus einer Position senkrecht zur Erdachse schnell um 180 Grad gedreht wird, ist ...$\alpha r$."

„Um Konvektionsströmungen zu vermeiden, hält man den Ring am besten normalerweise in horizontaler Position, dann ist die Relativbewegung natürlich$\alpha r \sin\phi$, Wo$\phi$ist der Breitengrad des Experimentators."

Für$r=0.993 m$und der Breitengrad$40^{\circ} 48'33''$(Wooster, Ohio) erhalten wir die Geschwindigkeit von etwa$0.05mm/s$; die von Compton beobachtete Durchschnittsgeschwindigkeit stimmte mit der berechneten Geschwindigkeit mit einer Genauigkeit von 5 % überein. Compton maß die Wassergeschwindigkeit, indem er mit einem Mikrometermikroskop Ölkügelchen beobachtete, die in das Wasser eingeführt wurden.

Mit dem, was die NASA weiß, könnten Sie eine kleine Rakete vom Äquator nach Osten und dann eine identische Rakete vom Äquator nach Westen starten. Wenn keine Drehung erfolgt, fliegen die Raketen die gleiche Entfernung. Dies wird zwar funktionieren, aber die Antwort von The Photon scheint praktischer zu sein. Lol

Dies ist ein wichtiger Diskussionspunkt

Darüber ist theoretisch schon viel gesagt worden. Sie haben ein langwieriges Argument in der Philosophie der Physik wiederentdeckt.

Es wird oft als "Eimer-Argument" bezeichnet, da eines der berühmtesten Beispiele ein Wassereimer ist, der sich dreht, und daher ist der Wasserspiegel nicht flach (wölbt sich zentrifugal an den Seiten nach oben), genau wie in Ihrem Beispiel, bei dem sich die Meere der Erde wölben an Der Equator.

https://en.wikipedia.org/wiki/Bucket_argument

Es ist ein seit langem bestehendes Problem unter Philosophen der Physik. Einer von ihnen (Ernst Mach) war darüber besonders besorgt, und seine Bedenken flossen in die Entwicklung der Allgemeinen Relativitätstheorie ein. Mach glaubte, dass jede Bewegung relativ sein muss, so dass die Zentrifugalkraft, die das Wasser dazu treibt, sich am Äquator nach außen zu wölben, tatsächlich (irgendwie) von "den Fixsternen" verursacht wird, so dass Sie in einem leeren Universum mit nur der Erde allein würden ' Ich weiß nicht, ob es sich dreht oder nicht, und das Wasser würde sich nicht wölben.

Die Allgemeine Relativitätstheorie konnte dieses Problem jedoch nicht beheben. Mit GR in einem leeren Universum mit nur einem Eimer Wasser (oder der Erde) weiß der Eimer/die Erde immer noch, ob er sich dreht oder nicht.

Es gibt zwei Lager darüber, was das bedeutet:

(1) - Unsere beste Theorie der Physik sagt uns, dass Rotation absolut und nicht relativ ist. Also ist es wahrscheinlich. Zeug "weiß einfach", wann es sich dreht, das bedarf keiner besonderen Erklärung.

(2) - Das ist ein wirklich großes Problem und zeigt, dass die Allgemeine Relativitätstheorie nicht ganz richtig ist. Eines Tages werden wir eine bessere Theorie finden, die es so behebt, dass Dinge nur sagen können, wann sie sich durch Interaktion mit anderen Dingen drehen.

Ihre sind Leute in beiden Lagern. Wir werden vielleicht nie wissen, welche Gruppe Recht hat.

Der Schwerkraft der Erde wird durch die Zentrifugalkraft messbar entgegengewirkt. Dies ist einer der Gründe, warum die Freifallbeschleunigung am Äquator kleiner ist als an den Polen.