¿Puede un observador saber cuál es la fuente de la gravedad?

Hay un observador en una habitación cerrada sin ventanas bajo la influencia de la fuerza de la gravedad. ¿Puede determinar cuál es la fuente de la gravedad, ya sea un movimiento giratorio, una aceleración o un objeto de gran masa?

En local, no. Pero dado que puede medirlo en un volumen distinto de cero, teóricamente podría distinguir el marco de referencia giratorio o acelerado de la gravedad de las masas (puntuales/esféricas). Si tuviera suficiente espacio para volar la ( en.wikipedia.org/wiki/GOCE)[sonda GOCE], podría deducir la distribución de masa en los objetos circundantes...

Respuestas (3)

No 'localmente', donde 'localmente' significa hacer experimentos en una región suficientemente pequeña. Los experimentos realizados en regiones más grandes pueden distinguir cosas.

Lo que esto significa más formalmente es que el espacio-tiempo se aproxima bien al espacio-tiempo de Minkowski en vecindarios suficientemente pequeños, pero se puede distinguir de él en escalas más grandes.

Como ejemplo, sería muy difícil distinguir entre sentarse en un ascensor en la Tierra y sentarse en un ascensor de tamaño ordinario acelerado uniformemente, e imposible hacerlo en el límite cuando el tamaño del ascensor llega a cero. Sin embargo, si el ascensor tuviera 100 millas de lado, sería mucho más fácil (mida la dirección en la que se mueven los objetos que caen libremente, en relación con el ascensor, en un borde del piso y compárelo con el otro, por ejemplo) .

La otra cosa que querría hacer en su ascensor de 100 millas de largo es buscar un horizonte, ya que si tuviera la curvatura correcta, medir la trayectoria de los objetos que caen en relación con el piso podría ser engañoso.

LIGO es un ejemplo de un observador en una habitación cerrada. LIGO ha visto una señal gravitatoria que se deduce que proviene de dos agujeros negros inspiradores. Sin embargo, LIGO no es local. Si LIGO fuera extremadamente pequeño (es decir, las longitudes de los brazos L se hicieran infinitamente pequeñas para realizar una medición verdaderamente local), el movimiento del espejo dx debido a la tensión gravitacional sería demasiado pequeño para detectar (dx=L* tensión). Entonces, LIGO no es un ejemplo de cómo determinar la fuente de gravedad a partir de una medición "local", pero muestra que se puede hacer mediante una medición en una región extendida.

¡Este es un muy buen ejemplo!
Más importante, en el caso de LIGO, no es su tamaño, sino el hecho de que el experimento LIGO ocurre durante un tiempo finito. "suficientemente pequeño" significa "suficientemente pequeño" en las cuatro dimensiones.
@Jerry Sí, buen punto, a medida que los brazos LIGO se acortan, el tiempo de viaje de los frentes de onda de luz a lo largo de los dos brazos también se acorta, y es la diferencia en estos tiempos de viaje lo que registra el patrón de interferencia. Entonces, como infiere correctamente, una medición LIGO no es local ni en el espacio ni en el tiempo. Solo se volvería local si la longitud de los brazos y el tiempo de viaje ligero se redujeran a cero.

Me referiré a un aspecto muy práctico (no teórico) de la cuestión.

Tomemos el caso de la gravedad frente a la aceleración uniforme de un ascensor del tamaño de un hombre, digamos entre 4 y 10 pies de alto, 4 pies de ancho y 4 pies de profundidad. Ignoremos el movimiento giratorio para este ejemplo.

La suposición es una aceleración uniforme. Sin embargo, la aceleración uniforme significa una fuerza constante en todo momento. Piense en alguna forma práctica de proporcionar una fuerza constante. La practicidad es la clave aquí.

Ahora, coloque un objeto en una balanza sensible y salte al piso del ascensor. En caso de una fuerza constante, habrá un cambio momentáneo en el peso del objeto. En el caso de la gravedad, o ese cambio no estará ahí, o será mucho menor que el de la fuerza constante.

Entonces, al rebotar dentro de la cosa, sería posible descubrir qué es.

Para que el ascensor dé el mismo efecto en caso de un salto en el interior, tiene que ser tan pesado como el planeta. Pero en ese caso, causará suficiente gravedad de todos modos.

Si lo entiendo correctamente, ejerces alguna fuerza variable en las paredes de la caja para determinar su masa. Pero este experimento no diferencia una caja de peso finito en un campo gravitatorio de una caja de peso finito tirada por alguna fuerza aceleradora. Por lo tanto, su experimento de salto no proporciona ninguna información sobre el origen de la aceleración constante.
@dominecf: No, simplemente salte dentro del ascensor, la aceleración del ascensor se ralentizará debido a la reacción y el objeto que se encuentra sobre la báscula (en el suelo del ascensor) perderá peso momentáneamente debido a la disminución de la aceleración del suelo del ascensor (hasta que la aceleración es atrapado de nuevo). Es como si avanzas en un pequeño bote, el bote retrocede un poco. Si haces lo mismo en un barco grande, el barco no retrocede. Por eso digo que es un aspecto práctico, no teórico.
Pero esto es lo que tenía en mente: puedes distinguir un bote pequeño de un barco grande. Saltando y observando el movimiento de las paredes, no se puede saber si están acelerando a un ritmo constante o atraídos por la gravedad de algún objeto externo.
Cuando saltas dentro de un ascensor que acelera, la aceleración del ascensor está obligada a disminuir para todos los propósitos prácticos. Porque ejerces una fuerza sobre el suelo del ascensor. También puede entenderlo en términos de conservación del impulso. Lo que estás pesando es un tercer objeto que está sobre una balanza en el suelo, antes del salto, durante el salto y después del salto. Esa escala mostrará menos lectura por un momento. Parece bastante simple. Como alguien que salta en una terraza/patio flexible, le da a la otra persona la sensación de estar bajando un poco.
De hecho, es simple; por interacción dinámica uno puede deducir fácilmente algo acerca de la caja. Incluso puede tocar las paredes para saber de qué material están hechas, etc. Sin embargo, la pregunta original es sobre la fuente de la gravedad , que es el componente estático de la aceleración. Tal vez deberíamos olvidarnos de cualquier caja/ascensor/habitación y mantenerlo abstracto como un dominio restringido en el espacio donde se permite medir la aceleración.
Sí, entonces, si no hay cambio en el peso, eso implicará que no hubo cambio en la aceleración, lo que significa que en realidad es una aceleración estática, es decir, es un planeta el que la está causando. Si hay un cambio momentáneo en el peso, implicará que es una aceleración debida a una fuerza constante, no a la gravedad. La aceleración debida a una fuerza constante no permanecería estática debido al salto. Imagínese, usted sosteniendo a un niño pequeño en su mano dando una fuerza constante. Si el niño salta sobre tu mano, por un momento tendrás que aplicar más fuerza que antes, de lo contrario, tu mano bajará.
Cuando el niño salta sobre tu mano, y cuando tu mano baja, cualquier otra cosa que se coloque en tu mano se sentirá un poco ingrávida.
Lo que estoy diciendo es que la aceleración constante para un tercer objeto no es posible en la práctica, si saltas al piso del ascensor. Solo es posible si es la gravedad, debido al enorme tamaño del planeta. En cualquier otro caso, puedes ralentizarlo momentáneamente para otro objeto dentro del ascensor, saltando sobre el ascensor. Vaya a un chat si aún no está claro.
¿Puede un observador saber cuál es la fuente de la gravedad?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v