¿Es válido el argumento de MTW a favor del principio de Mach?

Mirando libros más antiguos, me sorprendió ver que la "biblia" de la relatividad general de Misner, Thorne y Wheeler está muy a favor del principio de Mach, que se trata en la sección 21.12.

Comienzan por descartar rápidamente una "enorme literatura" de artículos "anti-machianos", porque

[...] la mayoría de ellos fueron escritos antes de que uno tuviera algo parecido a la comprensión del problema de valor inicial que uno posee hoy.

A continuación, formulan el principio de Mach de forma matemáticamente concreta. Muy fuertemente editado por su extensión (la discusión original abarca miles de palabras):

Especificar en todas partes la distribución y el flujo de masa-energía. [...] Estos datos de valor inicial ahora conocidos, los componentes dinámicos restantes de la ecuación de campo determinan la geometría 4 en el pasado y el futuro. De esta manera, las propiedades inerciales de cada partícula de prueba se determinan en todas partes y en todo momento, dando una realización concreta al principio de Mach.

En otras palabras, dicen que el principio de Mach es lo mismo que poder calcular la evolución del tiempo dados los datos del valor inicial. Esto me parece una interpretación extremadamente débil, casi trivial, del principio. Se podría usar el mismo argumento para decir que las cargas en una galaxia distante "determinan" el movimiento de las cargas en la Tierra, porque el electromagnetismo tiene un problema de valor inicial bien definido, una afirmación que es igualmente trivialmente cierta y totalmente intrascendente.

Sin embargo, MTW luego hace que sus declaraciones sean más cuantitativas al invocar el efecto Lense-Thirring. Mi impresión siempre ha sido que la diminuta magnitud de este efecto muestra que la relatividad general es sólo muy ligeramente machiana. Sin embargo, MTW afirma que es suficiente para hacer que la relatividad sea completamente machista. Demuestran que para una capa de radio R y masa METRO girando con velocidad angular ω , la frecuencia de arrastre de fotogramas es

(21.155) ω arrastrar METRO R ω .
Luego escriben el efecto total de arrastre de fotogramas del universo como
ω arrastrar estrellas METRO estrella R estrella ω METRO universo R universo ω .
Finalmente, afirman vagamente que la relatividad general solo tiene sentido si el universo es cerrado, lo que aparentemente requiere METRO universo R universo , donación
ω arrastrar ω .
Por lo tanto, el efecto de arrastre de fotogramas de Lense-Thirring por sí solo hace que funcione el principio de Mach. Hay mucho "razonamiento por " en estas páginas que realmente no puedo seguir.

El libro de MTW tiene ahora casi 50 años. ¿Cómo se ven estos dos argumentos en general en la literatura actual? ¿Acepta la gente la formulación de MTW del principio de Mach, o su argumento de arrastre de marco?


Editar: aquí está el argumento de MTW para METRO universo R universo , de nuevo con excesiva palabrería despojada:

Precisamente esta relación de identidad aproximada entre el contenido de masa del universo y su radio en la fase de máxima expansión es un rasgo característico del modelo de Friedmann y otros modelos simples de un universo cerrado.

En fases distintas a la etapa de máxima expansión, R universo puede volverse arbitrariamente pequeño en comparación con METRO universo . Entonces la proporción METRO universo / R universo puede partir por potencias de diez de la unidad. De todos modos, uno no tiene más opción que entender que el valor efectivo de la "suma de la inercia" sigue siendo la unidad después de que se hayan hecho todas las correcciones para la dinámica de contracción de expansión, retardo, etc. Solo así se puede ω arrastrar conservar su identidad ineludible con ω .

No tengo idea de lo que quieren decir con el "valor efectivo", y realmente parecen estar asumiendo la conclusión que quieren. Realmente no puedo seguir el razonamiento aquí, pero tal vez alguien más pueda.

Es "no explican en absoluto por qué METRO universo R universo se deriva de un universo cerrado" una interpretación adecuada de su "que aparentemente requiere"? Parece que esta afirmación es el vínculo crucial en este argumento, al menos desde su presentación de la misma, por lo que sería bueno ser explícito acerca de cuál es su argumento. porque lo es (si es que lo hay), por muy débil que sea.
@ACuriousMind Agregó su argumento completo; No lo escribí en la pregunta original porque pensé que era demasiado prolijo y bastante débil, pero tal vez tenga más sentido para otra persona.
Bueno, Kip parece convencido de que su argumento es correcto: youtu.be/Wvnf6BUsyyo

Respuestas (1)

Esta sección de MTW no es realmente un argumento coherente, es más como un esquema de un programa de investigación. Estaban escribiendo durante la década de 1960 (terminaron de escribir en 1970-71). Dicen: "Aún se debe hacer mucho para explicar la física detrás de estas ecuaciones y para ver esta física en acción". Anticipaban que estas investigaciones teóricas se realizarían durante la década de 1970.

Realmente se trabajó mucho en esto durante la década de 1970. Una buena historia no técnica de este período se da en Will 1986. Al menos algo de lo que MTW habla en esta sección simplemente resulta ser incorrecto. Argumentan que el universo tiene que ser cerrado, pero de hecho la evidencia ahora ha convergido en el hecho de que el universo es casi espacialmente plano.

Ahora que la década de 1970 está en el pasado y no en el futuro, hay una imagen diferente que representa una especie de consenso aproximado en la literatura sobre lo que significa el principio de Mach y cuál es su estado empírico. Básicamente había dos teorías de prueba prominentes, que eran GR y la gravedad de Brans-Dicke. Si hoy le preguntas a un especialista qué tan machianas son estas teorías, creo que esencialmente dirá que GR es menos machista y Brans-Dicke es más machista, pero ninguna es absolutamente machiana o no machiana. Entonces, en la medida en que alguien tenga una forma bien definida de describir el principio de Mach hoy, todo lo que realmente podemos decir es que si el principio de Mach es correcto, el universo debería comportarse más como la gravedad de Brans-Dicke que como GR. Pero en realidad el trabajo experimental de la década de 1970 ω 1 ), por lo que el universo no es muy machiano.

En otras palabras, dicen que el principio de Mach es lo mismo que poder calcular la evolución del tiempo dados los datos del valor inicial.

No creo que esto sea exactamente lo que dice este pasaje. Creo que tienen en mente que debería haber alguna restricción en el tipo de datos iniciales que se requieren (de ahí su larga justificación en el punto (6)), y parecen tener en mente algún fortalecimiento de lo que la gente de hoy en día normalmente espera que prediga GR (de ahí el requisito de un universo cerrado). Es decir, describen el principio de Mach como poder hacer más con menos.

Will, ¿ Tenía razón Einstein? Poniendo a prueba la relatividad general , Basic Books, 1986

Gracias por esta muy buena respuesta! ¿Es posible decir un poco más acerca de lo que la gente entiende hoy por Maquiano, en el sentido matemático? Es decir, dadas las 100 teorías de gravedad modificadas que existen, ¿hay una cantidad que pueda calcular para cada una que mida aproximadamente cómo la gente de Machian consideraría que es? ¿O ese tipo de pregunta ya no es relevante, es decir, la maquianidad se ve como un criterio filosófico obsoleto, cuando podemos tratar cada una de estas teorías matemáticamente?
@knzhou: No soy un especialista y sospecho que los especialistas pueden tener muchos puntos de vista diferentes. Pero la impresión que tengo es que el principio de Mach todavía se ve como una especie de "meta-teoría" o criterio estético importante, aunque nadie afirma tener una definición final satisfactoria. La mayoría de las teorías que no son GR están destinadas principalmente a hacer algo más que encarnar mejor el principio de Mach. Pueden tener la intención de ser más fáciles de cuantificar, o para explicar supuestas anomalías, o para explicar la expansión cosmológica acelerada sin Λ , cuyo pequeño valor es misterioso.
El principio de Mach nunca ha sido formulado clara y rigurosamente. Hay muchos autores con diferentes interpretaciones de lo que debería ser el "principio de Mach". ¡Así que no es de extrañar que GR no sea completamente machista! Sugiero que el OP considere estas referencias: arxiv.org/abs/physics/0407078 y arxiv.org/abs/1007.3368 . El libro de Weinberg también tiene una buena discusión sobre el borroso "principio de Mach".