Supongamos que no hay nada en el universo excepto la Tierra. Si la Tierra gira sobre su eje como lo hace, ¿experimentaríamos los efectos del movimiento de rotación como la fuerza centrífuga y la fuerza de Coriolis?
El significado de mi pregunta es: ¿la Tierra gira en relación con el espacio?
El mismo artículo de Wikipedia que todos los demás citan es una referencia decente sobre esto. Básicamente, no lo sabemos, y probablemente nunca lo sabremos, porque no podemos poner un objeto en un universo vacío.
Sin embargo, supongamos que podrías. Así que tenemos un planeta en un universo vacío. Para probar la hipótesis de la rotación absoluta, puede realizar varios experimentos en la superficie del planeta para medir las fuerzas ficticias que surgen al estar en un marco de referencia giratorio. Por ejemplo, podría configurar el péndulo de Foucault en varios lugares del planeta y medir la tasa de precesión en cada lugar. (Creo que necesitaría al menos 3 ubicaciones) A partir de esos resultados, podría determinar el eje de rotación y la velocidad de rotación del planeta.
El punto de vista newtoniano sostiene que sí, la rotación es relativa al espacio. Si esta visión es correcta, y el planeta aislado rotara en relación con el espacio, vería sus péndulos (¿péndulo?) precediendo a una velocidad distinta de cero, y podría resolver la velocidad de rotación del planeta.
Por otro lado, el punto de vista de Einstein/Mach sostiene que la rotación no es relativa al espacio, sino que se define en relación con la materia del universo. Si este punto de vista es correcto, nunca vería ninguna precesión de los péndulos porque la mayor parte de la materia en este universo experimental es el planeta mismo, por lo que básicamente define el marco de rotación cero. En nuestro universo, por supuesto, hay una distribución de materia mucho mayor para definir un marco de referencia rotacional no giratorio. Matemáticamente, esto resulta de un fenómeno en GR conocido como arrastre de cuadros .
La vista newtoniana/absoluta tiene la ventaja de ser bastante intuitiva, pero requiere que el espacio defina algún tipo de marco de referencia rotacional absoluto. Dado que sabemos que todo movimiento lineal es relativo, parece extraño (para mí y para otros) que el movimiento de rotación pueda ser absoluto. Además, si la rotación pudiera ser absoluta, para cualquier velocidad de rotación distinta de cero, una distribución lo suficientemente grande de materia en el universo requeriría que los objetos exteriores se movieran a la velocidad de la luz en relación con un marco de referencia no giratorio. Posiblemente, esto podría permitirse, solo significaría que cualquier materia podría impulsarse en ese marco de referencia no giratorio, pero nuevamente, parece extraño. La visión de Einstein/Mach tiene la ventaja de que hace que esta "rotación más rápida que la luz" sea extremadamente improbable como consecuencia únicamente de la estructura de la teoría.
Esta es una vieja pregunta, pero podría ser posible dejar de lado la vieja sierra para siempre.
Si tiene un espacio deSitter, no puede rotar; el espacio deSitter es único. Si tiene un agujero negro en el espacio deSitter, puede rotar (esta es la solución deSitter Kerr descubierta recientemente), pero es solo una rotación de cuerpo, el horizonte cosmológico no puede rotar independientemente del horizonte del agujero negro.
Esto podría no ser sorprendente, excepto que si haces que el agujero negro deSitter no giratorio sea cada vez más grande, hay un punto en el que el agujero negro y el horizonte cosmológico son simétricos. En este caso, tienes dos horizontes. Si giras un horizonte, el otro gira en el sentido contrario, por lo que solo su rotación relativa tiene sentido. Los dos horizontes son simétricos ahora, por lo que no puedes diferenciar entre sus movimientos.
Si agrega materia entre los dos horizontes, curvará el universo en el medio, y si agrega mucho polvo estático, obtendrá un universo estático de Einstein con dos agujeros negros en los extremos opuestos. En este universo, los dos horizontes son claramente materia. Así que no hay límite entre la materia y los horizontes cosmológicos, y es justo equiparar toda la materia con algún tipo de objeto-horizonte, de modo que el electrón es como un pequeño agujero negro microscópico.
Este es el punto de vista más consistente con la teoría de cuerdas, ya que las cuerdas en la teoría de cuerdas son duales bajo dualidades de acoplamiento fuerte-débil a objetos que son claramente agujeros negros en el límite clásico, a saber, D-branas. El punto de vista de que la materia es lo mismo que el horizonte descarta el principio de Mach: todo movimiento es relativo a la "materia" distante, ya sea materia materia o materia del horizonte, que también es materia.
Esta declaración es consistente con el principio holográfico, y el principio holográfico se puede considerar como el último en el principio de Mach, ya que dice que todo movimiento es relativo a una pantalla holográfica distante, de modo que todo se mueve en relación a un horizonte distante. . Este principio es más preciso, más cuántico y más general que el principio de Mach, y es consistente con las soluciones de GR en un espacio acotado por un horizonte. Debo decir, sin embargo, que la formulación de deSitter de la teoría de cuerdas no está disponible en este momento, por lo que el principio holográfico completo no se conoce por completo.
Gracias por su pregunta. De hecho, estás apuntando en la dirección de dos grandes unificaciones realizadas en la física: el movimiento lineal y el reposo de Newton y la aceleración de Einstein.
Si es conveniente para usted, dividiré su pregunta en dos partes relacionadas con la física newtoniana y einsteiniana que estarán relacionadas con quién está observando la rotación.
En primer lugar, si está fijo en un punto de la superficie de la tierra que está girando, podrá medirlo mediante fuerzas ficticias que actúan sobre usted, también en una configuración newtoniana no relativista. Pero la pregunta interesante es qué sucede si estás en algún lugar del espacio.
Entonces, suponiendo que la tierra es simétrica en el eje, la física newtoniana le dirá que no habrá diferencia en el campo gravitacional de una tierra que no gira. Tendrás que considerar la relatividad general para responder a esta pregunta. Resulta que los cuerpos giratorios curvan el espacio-tiempo e incluso puedes asignarle un momento angular. Al medir este efecto, que puede ser muy difícil, podrías verificar experimentalmente la rotación de la Tierra.
Sinceramente,
Roberto
PD.: Para más información, véase, por ejemplo, Sobre los momentos multipolares de un cuerpo fluido en rotación rígida
PPS .: @David: Si entiendo su argumentación correctamente, afirma que la rotación de la tierra definiría el marco de referencia de rotación cero. Debo admitir que esto podría no ser correcto. Piense en el espacio-tiempo de Kerr para una rotación que no desaparece de un agujero negro. Esta es una situación similar, no puede encontrar un sistema de coordenadas con momento angular que se desvanece del espacio-tiempo como un todo.
La Tierra está girando con respecto a su eje. Entonces, sí, los efectos estarían ahí: el péndulo de Focault seguiría precediendo, etc.
Desde el punto de vista de la física popular, una buena fuente que analiza constantemente la historia del debate sobre este problema es el libro popular The Fabric of the Cosmos.por Brian Greene. La respuesta a este problema ha sido diferente en diferentes épocas desde la época de Newton, quien creo que fue el primero en proponer esta pregunta en la forma de una persona girando en un universo vacío y con los brazos abiertos o no. Greene parece pensar que la teoría de cuerdas tiene algo que ver con la respuesta, aunque no estoy tan convencido de que tenga razón. Mucha filosofía pseudocientífica entra en este tipo de preguntas, por lo que creo que es mejor abordarlo en un libro popular que en un contexto científico. De todos modos, hay muchos ángulos y enfoques diferentes para este problema, y este libro es una buena lectura si está interesado en saber qué piensa mucha gente sobre este problema a lo largo de la historia, entre otras cosas.
David Z, excelente respuesta. Usted comenta que "... requiere que el espacio defina algún tipo de marco de referencia rotacional absoluto". Creo que la existencia del marco de referencia es demostrable -
En pocas palabras: la prueba se basa en la relación entre la velocidad angular y la fuerza centrípeta que produce. Asume que la misma velocidad angular producirá la misma cantidad de fuerza centrípeta (dada la misma masa y radio) en cualquier parte del universo. La rotación se mide o calcula como desplazamiento angular desde una dirección de referencia. Para que las rotaciones con la misma velocidad angular produzcan la misma magnitud de fuerza centrípeta, sus direcciones de referencia deben ser rotacionalmente estáticas entre sí. Si esto no fuera así, las rotaciones que se miden como iguales producirían diferentes cantidades de fuerza centrípeta. De hecho, la dirección de referencia debe ser la misma para todas las rotaciones con ejes paralelos, en cualquier ubicación. Si esto no fuera así, el movimiento de traslación de una rotación provocaría su dirección de referencia, que debe ser rotacionalmente estático, para cambiar. Para proporcionar referencias para rotaciones alrededor de tres ejes perpendiculares, se necesitan tres direcciones de referencia perpendiculares. Una versión más detallada de esta "prueba" con diagramas está en:http://vidainstitute.org/?page_id=457
Esto valida el requisito del marco de referencia, pero para responder a la pregunta original de "¿Es la rotación relativa al espacio", necesitamos saber qué forma podría tomar este marco. El sistema de coordenadas cartesianas tridimensional puede ser una representación gráfica de las tres direcciones de referencia. Este conjunto de tres direcciones de referencia perpendiculares es más que una abstracción. Debe haber un medio físico real para asegurar que las direcciones de referencia sean rotacionalmente estáticas y paralelas entre sí para todas las rotaciones con ejes paralelos. Si la relación entre la fuerza centrípeta es igualmente válida en cualquier parte del universo, entonces este medio de asegurar direcciones estáticas debe ser universal en extensión. Si una dirección de referencia está delineada por algo con existencia física, entonces debe haber algo físico que asegure que todas las direcciones de referencia para rotaciones con ejes paralelos, incluso aquellas separadas por la amplitud del universo, sean fijas o se mantengan paralelas entre sí de alguna manera. El sistema de coordenadas cartesianas es una representación gráfica de una red cúbica de extensión universal. Un marco de celosía cúbico físico real que se extienda por todo el universo proporcionaría las direcciones fijas requeridas, pero nuestros sentidos no pueden detectar la existencia de tal celosía, por lo que lo que se requiere es una celosía física real que sea indetectable para los sentidos. Una red cúbica compuesta de cargas eléctricas elementales, con cargas positivas y negativas alternas en los vértices, proporciona una manifestación física del sistema de coordenadas cartesianas y es indetectable para nuestros sentidos. Entonces, en mi opinión,
La rotación no es relativa y aquí hay un experimento simple para probarlo. Supongamos que en un espacio completamente vacío tienes dos anillos muy grandes que están uno al lado del otro y giran en direcciones opuestas entre sí. Ahora tiene dos astronautas que están parados en la superficie interior de los anillos, uno en cada anillo.
¿Experimentarían cada uno la misma fuerza centrípeta? Yo creo que no. Es muy fácil imaginar que uno de los anillos no gira y que el astronauta solo toca el anillo con los pies y no experimenta ninguna fuerza centrípeta. El astronauta en el otro anillo, dado que el anillo gira en relación con el primero, definitivamente experimentaría una fuerza centrípeta.
Por lo tanto, podría definir fácilmente que no haya movimiento de rotación como el anillo sin fuerza centrípeta. Me parece que el movimiento de rotación no es relativo ni está relacionado con el espacio mismo.
La declaración "La Tierra está girando en relación con su eje" es circular, lo que define el eje es la rotación, y sin nada más en el universo para observar la rotación de la tierra, ¿la tierra realmente gira?
La suposición de un universo con solo tierra debería implicar que el espacio y el tiempo y cualquier otra cosa también están limitados a la superficie de la tierra. Ahora bien, en tal universo, la Tierra está girando con respecto a qué?
Si el espacio es necesario como medio para que la tierra gire, en un universo en el que no hay nada excepto la tierra, ¿el espacio también es parte de ese universo? ¿Qué pasa con la materia oscura, la energía oscura y cualquier otra cosa que pueda ser la causa de todos los "efectos de rotación" en un universo normal?
y de acuerdo con http://en.wikipedia.org/wiki/Absolute_rotation no hay razón para concluir que los efectos seguirán ahí.
Quien votó negativo sin comentar por qué, ¿tiene alguna razón lógica?
Juan Alexiou