Evidencia de que las masas estacionarias en el espacio en realidad se atraen entre sí

Me resulta bastante difícil encontrar evidencia experimental de que dos masas estacionarias en el espacio (no afectadas por cuerpos masivos externos o gravedades) realmente se atraigan entre sí. Para las masas en movimiento, esto está muy claro (planetas, asteroides, etc.), pero ¿quién ha tratado de medir las fuerzas de atracción entre objetos estacionarios en el espacio con respecto al Sol y ha encontrado mediante experimentación que la hipótesis de la gravedad es proporcional? a las masas inmóviles es verdad?

Conozco el experimento de Cavendish , sin embargo, este experimento no es lo que estoy buscando porque las dos bolas se mueven con la Tierra, por lo que no están completamente sin movimiento con respecto al Sol. En relación entre sí, las bolas están estacionarias, pero estoy buscando un experimento realizado en el que no haya movimiento en los objetos masivos en relación con el Sol.

No existe un marco de referencia absoluto, por lo que no se puede hablar de cosas que no se mueven en el espacio. Todo se mueve en algún marco de referencia y está estacionario en algún otro. En cada marco de referencia, las leyes de la física deben ser las mismas.
@qweilun ¿Qué pasa con el centro del universo? ¿Podría considerarse eso como un marco de referencia válido?
El universo no tiene un centro definible. Podría intentar defender el centro del universo observable, pero esto no nos ayuda porque todas las observaciones han demostrado que el universo es isotrópico y homogéneo en las escalas de distancia más grandes.
Si envió un cohete al espacio para evitar moverse "con" la Tierra, entonces alguien podría objetar que todavía está orbitando el centro de la galaxia. Si enviaras una sonda espacial súper profunda para salir de la galaxia, tomaría mucho tiempo, y todavía estarías bajo la esclavitud del supercúmulo más cercano. Eventualmente te das cuenta de que no hay mucha base para decir si estás en reposo o en movimiento, solo que hay movimiento relativo o reposo relativo.
si mi último comentario parecía bastante inútil, es porque quise decir: toma un punto en el borde del universo observable. Toda la evidencia sugiere que desde ese punto de vista, todo se verá casi igual que desde la Tierra. Así es como no tenemos un sentido real de un centro del universo.
Excelentes comentarios, gracias a ambos. Parece que siempre estamos en movimiento, pero la mayoría de las fórmulas físicas que usamos hoy en día no tienen esto en cuenta. Aún así, para mí sería muy interesante ver qué sucede en el espacio si se reproduce un experimento similar, al menos si dos bolas extremadamente masivas se llevaran al espacio profundo para una prueba en la que no tuvieran movimiento en relación con el universo observable. Entiendo sus dos puntos, pero aún desearía poder ver el resultado de esa prueba.
@Alexandru No "fallamos" al tener en cuenta el movimiento, lo que hacemos es predecir cómo cambia el movimiento relativo en el tiempo en función de lo que es actual. Porque eso es lo que podemos medir y lo que podemos predecir. Es injusto decir que no tomamos en cuenta algo que no se puede medir, cuando lo que hicimos fue usar la información disponible e hicimos predicciones detalladas y comprobables.
@Alexandru: Dado que el universo observable se está expandiendo y, por lo tanto, está en movimiento, ¿cómo puede algo no estar en movimiento?
@slebetman Porque, en pocas palabras, "movimiento" es una palabra sin sentido si no dice a qué se está moviendo en relación. El movimiento es relativo. Si estás en la Tierra y yo estoy en un cohete, podrías decir que me estoy moviendo, pero es igual de fácil para mí decir que estoy sentado perfectamente quieto en mi silla y viendo pasar la Tierra volando. En la Tierra, puedes elegir un lugar en el suelo y notar que te mueves de este lugar a otro, pero en el espacio no funciona así. El universo es, hasta donde podemos decir, homogéneo, por lo que no hay un marco contra el cual medir el movimiento; sólo se puede medir en relación con otros objetos.
@qweilun, et. Alabama. En realidad, no creo que se pueda hablar de manera significativa sobre el movimiento " en relación con el universo observable ". Mi entendimiento es que siempre estamos en el centro del universo observable, porque somos el observador. Si es así, entonces el movimiento en relación con el universo observable es solo un movimiento en relación con nosotros mismos.
Se necesita una gran cantidad de energía de propulsión para detener el movimiento en relación con el sol (porque todo lo que se lanza desde la Tierra comienza con la velocidad de la Tierra en la órbita solar). Hay pocas razones para creer que la posición del sol es un marco de referencia preferido (en lugar de cualquiera de miles de millones u otras estrellas, o la posición de mi codo izquierdo), por lo que nadie ha gastado los cientos de millones de dólares que se necesitarían para hacer eso en particular. experimento.

Respuestas (5)

Su preocupación parece ser que la ley de la gravedad podría depender de si los dos cuerpos se mueven en relación con un tercer marco de referencia externo...

Por ejemplo, podrías hacer el experimento de Cavendish en un laboratorio en el sótano de una universidad. Luego, podría cargar todos los aparatos en un tren y repetir el experimento mientras el tren avanza (suponiendo que no haya vibraciones, curvas ni sacudidas). Te preguntas si los resultados podrían ser diferentes, ¿verdad?

Creo que encontraría que no habría diferencia y he aquí por qué:

Toma un ladrillo y cuenta todos los protones y neutrones que contiene. Usando la masa de las partículas de la física de partículas, calcule la masa del ladrillo. Manténgalo estacionario en la Tierra y péselo. Esto te da la fuerza gravitatoria debida a la masa de la Tierra.

Ahora observe la Luna mientras orbita alrededor de la Tierra. Calcula la fuerza gravitacional que se requiere para que la Luna gire en órbita como lo hace.

Teniendo en cuenta que la Luna está más lejos que el ladrillo, compruebe si los dos resultados de la intensidad del campo gravitatorio son iguales.

Si lo son, entonces a la fuerza gravitacional no le importa si el objeto atraído se está moviendo (Luna) o está estacionario (ladrillo).

En realidad, creo que esta es la mejor respuesta, porque propone un mecanismo muy simple que refuta experimentalmente la propuesta. Observe la diferencia relativa de las atracciones "Cavendishish" para dos bolas estacionarias de laboratorio y dos bolas móviles de laboratorio.
¿No es ese esencialmente el experimento de Michelson-Morley, excepto que usaron la rotación de la Tierra alrededor de su eje y el sol en lugar de un tren?
Ahora que lo mencionas, no puedo evitar preguntarme: ¿podrían los efectos gravitatorios de la luna haber afectado el experimento de Cavendish?
¿Qué pasa con los efectos gravitatorios del Sol? Estamos hablando de fuerzas muy pequeñas aquí. ¿Puede un equilibrio de torsión realmente descartarlos? Si no es así, significaría que G no es una constante gravitacional válida. Puede ser válido en o alrededor de la Tierra, pero ¿qué experimentos han demostrado que es válido en todas partes? Además de esto, ¿todas las masas de otros planetas que hemos calculado están basadas en G? Porque si es así, su gravedad superficial calculada podría no ser la misma que su gravedad superficial experimental.

La primera medición de la constante gravitacional fue realizada por Henry Cavendish en un laboratorio, en el que se midió la fuerza gravitacional entre dos bolas de plomo. No se estaban moviendo. http://en.wikipedia.org/wiki/Cavendish_experimento

¡Sí ellos estaban! Simplemente no se movían uno respecto al otro.
Cada objeto en el universo se mueve con respecto a otra cosa. Se sintieron atraídos el uno por el otro en su propio marco de referencia "estacionario".
Le voy a hacer algunas preguntas, pero por favor no las tome como algo personal, son solo para mi propio entendimiento. ¿Cuáles son algunas de las teorías que afirman que ningún objeto en el universo es estacionario en relación con, bueno, el universo? Además, ¿por qué este experimento en su conjunto puede pasar por alto el hecho de que estos dos objetos están en movimiento? Supongamos por un momento que la gravedad es en realidad proporcional no a la masa, sino al movimiento y la masa juntos, y dado que todos los objetos en el universo en los que puedo pensar que tienen una fuerza de gravedad están en movimiento, ¿cómo se puede pasar esto por alto?
"¿Cuáles son algunas de las teorías que afirman que ningún objeto en el universo es estacionario en relación con, bueno, el universo?" Física newtoniana (realmente comenzando con Galileo) y física einsteiniana. Ernst Mach tenía algunas cosas muy interesantes que decir sobre estos asuntos a principios del siglo XX, que influyeron mucho en Einstein.
@dmckee Si puede proporcionar algunos enlaces a las partes relativas de sus teorías que discuten que las masas siempre están en movimiento, me encantaría leer, porque algo no cuadra aquí, y creo que el experimento de Cavendish ha pasado por alto una clave pieza del rompecabezas que no debería tener. También siento que este experimento debería intentarse nuevamente, pero no en la Tierra, no con la misma instrumentación, por supuesto, y con un gran intento de hacer que los dos objetos masivos que se están probando tengan el menor movimiento posible en relación con el universo.
@Alexandru No existe el "movimiento relativo al universo", no significa nada en física. Entonces, si usa ese término, debe explicar qué quiere decir con él en términos físicos. ¿Quizás en relación con CMBR, medido con desplazamiento rojo/azul?
@Alexandru: "Fabric of the Cosmos" de Brian Greene tiene un capítulo muy bien escrito (Capítulo 3, para ser exactos) sobre este aspecto y el desarrollo de nuestra comprensión del espacio-tiempo. Tal vez pueda ayudarlo a comprender los conceptos involucrados mejor que una respuesta orientada a la física.
@Alexandru Además del punto de que hay un marco de referencia absoluto para decir que las cosas se mueven con el "universo" (las posiciones solo se pueden medir en referencia a otras posiciones), si la ley de la gravedad fuera proporcional a la masa por la velocidad, podría intentar para derivar las leyes de Kepler y usted fallaría.
@jwimberley en la Tierra, tienes el efecto Coriolis, que depende de tu velocidad en relación con su superficie.
" Física newtoniana (realmente comenzando con Galileo) " - No Galileo. No hay un marco preferido en el espacio-tiempo galileano. Esta es su única diferencia con el espacio-tiempo newtoniano. Vea la segunda parte de la pregunta aquí: math.stackexchange.com/questions/2588492/…

El concepto de un cuerpo "completamente sin movimiento en el espacio" está completamente desacreditado, y realmente debería tomar en serio a los otros respondedores en este punto.

De acuerdo con la Teoría General de la Relatividad de Einstein, lo más cerca que podemos llegar a este estado es estar en caída libre gravitacional. Pero ahora el Sistema Solar proporciona la prueba perfecta que está buscando: todos los cuerpos no artificiales del Sistema Solar están en caída libre gravitatoria. (Está bien, hay excepciones: por ejemplo, cuando un pequeño cometa se acerca al Sol, puede emitir suficientes gases para cambiar su trayectoria de manera apreciable. Pero este es un problema secundario).

En definitiva, lo que buscas no existe. Es como preguntar si alguien ha viajado hasta el borde del mundo para averiguar si el mundo tiene un borde o no. "Pero... ¡pero nadie ha ido nunca allí! ¿Cómo podemos saber que no existe si nadie ha ido nunca allí?"

El punto más importante es, por supuesto, que todo movimiento es relativo, como muchos han señalado. Incluso salvo eso, pretendiendo que vivimos en la época de Copérnico y suponiendo que el Sol es el centro del universo, la pregunta plantea que la fuerza de la gravedad podría ser proporcional a la masa y la velocidad. Esto significaría algo como

F → ( v → , r ^ , METRO metro r 2 )
Términos como v → ⋅ r ^ y v → × r ^ se descartan por la observación de que F → es paralelo a r ^ . Entonces tenemos
F → = − GRAMO ′ v C METRO metro r 2 r ^
dónde GRAMO ′ no es necesariamente el GRAMO medido en el experimento de Cavendish (se derivarán restricciones). Dado que el sol y el objeto en órbita podrían estar moviéndose en nuestro "universo" copernicano/newtoniano, para el sistema solar esto se convierte en
F → = − GRAMO ′ | v → + v → o r b | C METRO metro r 2 r ^
Hay dos límites de simplificación, donde la velocidad del sol es 0 o mucho mayor que la velocidad orbital del planeta.

Caso 1: la velocidad del "universo" del Sol es cero

Entonces, para un planeta en órbita, la aceleración es

F → = − GRAMO ′ METRO metro C | v → | r 2 r ^
Esto sigue siendo una fuerza centrípeta (sin par, r → × F → = 0 ). Entonces, resulta que el momento angular L se conserva Entonces, la ED unidimensional efectiva es, ya que L = metro r 2 ω y v = r ω ,
d 2 r d t 2 = − GRAMO ′ METRO C r ω r 2 + L 2 metro r 3 = ( L 2 − GRAMO ′ METRO L metro C ) 1 r 3
¡Esto es directamente integrable! Definición
A = L 2 − GRAMO ′ METRO L metro C ,
la solución (a partir de un punto donde dr/dt = 0) es
r ( t ) = r 0 1 + A t 2 r 0 4
Tres subclases:

Subcaso 1: L > GRAMO ′ METRO / metro C de modo que A > 0

Esto describe una órbita que se aleja en espiral hasta el infinito, lo que contradice horriblemente la observación.

Subcaso 2: L < GRAMO ′ METRO / metro C de modo que A < 0

Esto describe una órbita en espiral. También es malo.

Subcaso 3: L = GRAMO ′ METRO / metro C de modo que A = 0

Bien, una trayectoria recta descendente.

Entonces, esto falla horriblemente.

Caso 2: La velocidad del "universo" del Sol es grande

La velocidad orbital es mucho menor que la velocidad de la luz, pero es posible que el sol no se expanda en serie.

| v → s tu norte + v → o r b | C ≈ v s tu norte C ( 1 + v ^ s tu norte ⋅ v → o r b v s tu norte )
Esto lleva a dos términos, el primero de los cuales son simplemente las leyes de Newton (absorción GRAMO ′ v s tu norte / C en GRAMO ) y el segundo de los cuales es una perturbación:
F → = − ( 1 + v ^ s tu norte ⋅ v → o r b v s tu norte ) GRAMO METRO metro r 2
No tengo la intención de resolver esta ecuación más complicada, pero señalaré que si lo hiciera (analítica o numéricamente), podría usar datos de observación para imponer restricciones a v s tu norte , que creo que sería grave.

Editar: este se escabulle al orden más bajo si asume que el movimiento del sol es normal al plano del sistema solar; tendrías que mirar desagradables términos de segundo orden.

¿Qué pasa si no es la velocidad orbital lo que pretendo tener en cuenta, sino si tuviera que postular que el giro de un objeto masivo sobre su propio eje es lo que define su gravedad, y que la velocidad orbital es un subproducto de la competencia por el espacio debido a dos definiciones? gravedades de objetos masivos tratando de competir por un espacio remoto?
Les señalaría que Mercurio y la Luna están bloqueados por mareas, con sus períodos de rotación iguales a sus períodos de revolución, y Venus también tiene un día muy largo.
Ese es un gran contrapunto. Aunque Mercurio no está fijado por mareas al Sol (originalmente se pensó que lo estaba, pero lo busqué y resultó que no)... ¿y si es solo una coincidencia que la Luna gira a una velocidad tal que se considera que está bloqueado por mareas? ¿Podemos realmente saber con seguridad que esto refuta mi postulado?
Este concepto podría explicar el entrelazamiento cuántico, en el que el espín de un electrón es el que trata de definir su espacio, y compite con un electrón entrelazado que se encuentra en el mismo eje, de manera que transmite esta energía para la competencia espacial a través de la luz, de tal manera que se forma el otro electrón, enredado, gira en sentido contrario. Por lo tanto, el giro define la gravedad y la luz es una medida de la competencia espacial (o el entrelazamiento cuántico, dependiendo de cómo quieras verlo).
En el mismo concepto, la luz te calentaría porque el giro de las partículas masivas que lo impulsan intenta afectar las partículas estacionarias de tu propio cuerpo, pero las partículas estacionarias de tu cuerpo son resistentes a este giro debido a la dinámica del giro de las moléculas de tu cuerpo. Entonces el calor se convertiría en una medida de resistencia al giro. El magnetismo también podría explicarse a través del espín, y así sucesivamente.
@Alexandru TBH, parece que realmente no estás prestando atención a nada de lo que te dicen. Preguntarse si algo es posible (dependencia de la gravedad de la velocidad) y ser curioso es bueno, pero negarse a escuchar y criticar sus propias ideas no lo es. Tu nuevo postulado sobre las velocidades orbitales es absurdo. Si se toma en serio su propuesta, ¿por qué no compara las velocidades de rotación de los planetas con la fuerza de gravedad que los une al sol? Verás que no hay relación. Es fácil que las cosas tengan sentido en tu cabeza al ignorar la realidad.
Lo siento mucho, no quise sonar arrogante. Solo soy yo siendo curioso. No quise hacerte daño con lo que dije, y no quise ser grosero contigo ni nada por el estilo. Por favor, no lo tomes como algo personal. Pareces ser bueno en matemáticas, para mí han pasado algunos años desde la universidad y he olvidado mucho de mis viejos cursos de mecánica cuántica o cursos de física, así que quería hablarte sobre eso, para ver qué tal teoría. podría parecerse. Sé que lo más importante en física es la paradoja EPR, y me gustaría encontrar razones curiosas para explicarla.
Quizás si los modelos actuales no explican todo, deben ajustarse para hacer una teoría unificada. Probablemente sean precisos hasta cierto punto, pero tal vez hemos pasado por alto algo en física, algo que debe agregarse nuevamente a esas ecuaciones.
La mejor prueba de cualquier cosa es la madre naturaleza, y creo que hemos hecho experimentos para determinar algunos resultados, pero los experimentos estaban sesgados por algunas pequeñas cosas que no tuvimos en cuenta. Ese mismo sesgo contribuiría a un sistema de ecuaciones que se cree que es cierto porque todas funcionan para la mayoría de las condiciones observables, ya que esas condiciones observables también contienen el mismo sesgo, pero la dificultad de realizar tales experimentos sin el sesgo es difícil, y debido a que hemos optado por probar continuamente que somos verdaderos, pero nuestras pruebas incluyen el mismo sesgo.
Los datos de la velocidad de rotación de los planetas están disponibles, al igual que sus masas y aceleraciones centrípetas (a = v^2/r), para obtener la fuerza observada F = mv^2/r, y G y la masa del Sol, para obtener la fuerza predicha. Puede y debe compararlos usted mismo.
Pero no puedo dejar de preguntarme cómo se han medido o simplemente calculado las gravedades de otros planetas... si está usando las mismas fórmulas y esas fórmulas son incorrectas... entonces eso haría que mis cálculos fueran incorrectos cuando en realidad pueden ser correctos. En otras palabras, ¿qué gravedades de planetas en el Sistema Solar se han medido experimentalmente en lugar de calculadas?
Siento que el giro y la luz son lo mismo, simplemente no puedo probarlo todavía, pero me esforzaré mucho. Cita: "Nuevas mediciones de la nave espacial Venus Express de la ESA muestran que la velocidad de rotación de Venus es aproximadamente 6,5 minutos más lenta que las mediciones anteriores tomadas hace 16 años por la nave espacial Magellan". ( universetoday.com/93494/is-venus-rotation-slowing-down ) Más evidencia, y en particular, Venus es el único planeta en nuestro Sistema Solar que se destaca con su giro axial retrógrado y su movimiento retrógrado.
Al ser el planeta más brillante, significa que también es el más resistente a la luz solar. Como resultado, el Sol puede estar tratando de obligarlo a girar... al revés.

Creo que Cavendish demostró esto:

http://en.wikipedia.org/wiki/Cavendish_experimento

Este es, de hecho, un ejemplo de la muy mala categoría de respuesta conocida como " solo enlace ". Podría mejorarse considerablemente describiendo los conceptos básicos aquí.
Evidencia de que las masas estacionarias en el espacio en realidad se atraen entre sí
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