Si la gravedad fuera una fuerza "real", ¿cómo podría saber si estoy cayendo o acelerando en el espacio o en la Tierra?

Creo que sería útil para los legos como yo entender cómo, en la práctica, una fuerza "real" difiere de una pseudofuerza.

El identificador clave es que una fuerza de inercia es proporcional a la masa de un objeto. Las fuerzas que son proporcionales a la masa pueden aparecer o desaparecer mediante una elección juiciosa del marco de referencia.

Experimentalmente, esto es fácil de detectar usando un acelerómetro. Si el acelerómetro detecta una aceleración, entonces el objeto está sujeto a una fuerza real neta. Si el acelerómetro marca cero, entonces la fuerza real neta es cero y cualquier aceleración restante se debe a una fuerza de inercia.

Así es como se comportaría un objeto que cae/acelera si la gravedad fuera una fuerza real.

Si la gravedad fuera una fuerza real, un acelerómetro conectado a un objeto en caída libre cerca de la superficie de la tierra indicaría$9.8\text{ m/s}^2$hacia abajo.

Un objeto que cae/acelera no se comporta de esta manera;

Un acelerómetro conectado a un objeto en caída libre cerca de la superficie de la tierra marca 0. Cualquiera puede verificar esto con un teléfono inteligente típico.

Por lo tanto, la gravedad no es una fuerza real.

Por lo tanto, la$9.8\text{ m/s}^2$la aceleración no se debe a una fuerza real.

Si la gravedad fuera una fuerza "real", entonces, ¿cómo podría saber si estoy sin peso en el espacio o si estoy en caída libre hacia la Tierra?

Como se describió anteriormente, si la gravedad fuera una fuerza real, entonces sería detectada por un acelerómetro. Entonces, alguien lejos de cualquier fuente gravitatoria tendría una lectura de acelerómetro de 0, y alguien que cae libremente a la tierra tendría una lectura de acelerómetro de$9.8\text{ m/s}^2$hacia abajo.

Tus dos primeras preguntas básicamente tienen la respuesta "no puedes". El hecho de que la "ingravidez" se confunda a menudo con la caída libre (por ejemplo, en órbita) destaca este hecho.

Para la tercera y cuarta pregunta podemos notar la diferencia porque hay objetos que no responden al magnetismo. Entonces, si tiene una llave de plástico en su bolsillo, puede sacarla y observar su comportamiento. De lo contrario, podría observar cómo se comporta su sangre (que no es magnética). Las opciones de este tipo no están disponibles para la gravedad.

La gravedad es una fuerza real. Si está preguntando si es una propiedad emergente de la curvatura del espacio-tiempo, tiene razón. Sin embargo, en un marco local, se comporta como se esperaría de una fuerza real (es decir,$F = \frac{dp}{dt}$).

Si la gravedad fuera una fuerza "real", entonces, ¿cómo podría saber si estoy sin peso en el espacio o si estoy en caída libre hacia la Tierra?

Una vez más, la gravedad es una fuerza real y no se nota. Eso se llama el principio de equivalencia.

Si la gravedad fuera una fuerza "real", entonces, ¿cómo podría saber si mi nave está acelerando "hacia arriba" en el espacio o si estoy en la Tierra siendo acelerado "hacia abajo" por la gravedad?

no puedes De nuevo, el principio de equivalencia.

Si estoy usando un traje ferromagnético (cota de malla) mientras mi nave no magnética (plástica) vuela cerca de un magnetar, entonces, ¿cómo podría saber si mi nave está acelerando alejándose del magnetar o si estoy siendo atraído hacia él? ¿él?

Si este giro/aceleración del magnetar es muy brusco, es posible que no puedas saberlo (desde el interior de tu nave). Pero supongo que debido a que la fuerza magnética es varios órdenes de magnitud mayor que la "fuerza de inercia habitual", es posible que sienta una diferencia a favor de la fuerza magnética (también, si tiene objetos magnéticos/metálicos en la nave, notará desvían mucho más que los objetos no magnéticos).

Si me despierto en una cama de hospital en una nave espacial desconocida, y siento que la cama está empujando contra mí / estoy presionando la cama, entonces, ¿cómo podría saber si ahora soy Wolverine y tengo un esqueleto de metal mientras que el barco está hecho de plástico (imán debajo del barco), o si el barco está hecho de metal (imán sobre el barco)?

La fuerza que sentirías es la cama que te sostiene. De acuerdo, puede sentirse como si estuviera siendo inmovilizado con otros objetos no tanto (si dejara caer un objeto de metal desde el costado de la cama y luego intentara con otro objeto de plástico, lo notaría).

El punto del principio de equivalencia, y este es el punto más importante, no hay experimentos/observaciones que distingan un marco de referencia uniformemente acelerado de un campo gravitacional uniforme dentro de ese marco de referencia, mientras que claramente en los dos últimos ejemplos usted proporcionar arriba, usted puede .

Yo diría que la gravedad es una fuerza. Pero en la relatividad especial hay dos tipos de fuerza. El electromagnetismo, las fuerzas normales y similares son fuerzas de cuatro vectores. Las fuerzas centrífugas y de Coriolis no pueden describirse mediante cuatro vectores; son "fuerzas tensoras", siendo el tensor en cuestión el tensor métrico. Cuando agrega GR, la gravedad también resulta ser una fuerza tensora. Esta distinción no existe en la física newtoniana, donde todas estas fuerzas se describen mediante vectores.

La forma más fácil de notar la diferencia es probablemente buscar la dilatación del tiempo.

Si estás parado en un planeta (que no está girando, para simplificar las cosas) y atraído por la gravedad (tensor), contrarrestada por la fuerza normal (vectorial) del suelo, entonces los relojes ideales a diferentes alturas funcionarán. a diferentes tasas. Si la gravedad fuera una fuerza vectorial, los relojes funcionarían al mismo ritmo.

De manera similar, si la aceleración hacia arriba de un cohete espacial lo presiona contra su cama, los relojes a diferentes alturas funcionarán a diferentes velocidades, pero si hay un imán en el piso que atraiga su esqueleto de adamantium, los relojes funcionarán a la misma velocidad. .

La respuesta a las primeras 2 de sus preguntas es: no puede notar la diferencia... la única razón por la que podría hacerlo es mirando a su alrededor o sintiendo el viento mientras cae libre. Flotar en el espacio es un marco inercial, al igual que la caída libre.

Creo que tienes dudas acerca de que la gravedad no sea una fuerza... lee esto- da prueba (de una manera muy análoga) de que la gravedad no es una fuerza y ​​es una curvatura en el espacio-tiempo... podría vencer tus dudas:-

Míralo de esta manera,

Todos nosotros y el universo avanzan en el tiempo y así todo avanza en el continuo espacio-tiempo. Piense en la gravedad no como una fuerza, sino como una curvatura en la lámina de goma 4d del espacio-tiempo que ralentiza las cosas que viajan en el espacio-tiempo continuo. ¿Por qué? Bueno, aquí hay una ANALOGÍA(Observe que he resaltado la 'analogía' en negrita, ya que es importante). En la demostración de espacio-tiempo 2d (aquella en la que las personas dejan caer pelotas sobre una lámina de goma) cuando dejas caer pelotas sobre una lámina de goma, la lámina de goma se curva hacia la tierra. Entonces, las bolas más pequeñas se mueven hacia abajo a la ubicación más baja posible de la lámina de caucho (después de eso, no trepan sobre la 'curvatura de la colina' creada por el caucho). Y dado que toda la lámina de goma representa el espacio y el tiempo, también ha dejado de moverse en el tiempo... Eso es muy similar a la forma en que la gravedad frena el tiempo. Un objeto en un marco de referencia inercial (a partir de ahora lo llamaré 'OIFR') es un objeto que no se ve afectado por la gravedad... en otras palabras, es un objeto que trepa por la curvatura de la colina que mencioné. antes. Derek en veritasium dijo que, (sí, también vi el video) debido a la fuerza Normal, un OIFR ve algo en la gravedad acelerando hacia arriba. Y eso es lo que ves en la analogía del espacio-tiempo 2D... Cuando una bola más pequeña llega al punto mínimo, se detiene, ¿verdad? Pero un OIFR lo ve acelerando alejándose de él porque un OIFR sube sobre la 'curvatura de la colina' después de llegar al fondo y sigue moviéndose mientras el objeto en gravedad permanece quieto...

Espero que sus dudas hayan sido superadas... La razón por la que puse "analogía" en negrita fue porque todo era una analogía... no lo real... lo real sucede en el espacio 4d y se rige por las ecuaciones de campo de Einstein... .

Por cierto, el video de Dereks sobre el veritasium fue lo que me ayudó a entender esto por completo... Tenía preguntas como las suyas, pero el video me ayudó mucho... espero que mi explicación les haya ayudado.

Una pseudo-fuerza o "fuerza ficticia" es una fuerza que surge del uso de un marco de referencia particular. En ciertos marcos de referencia, las fuerzas ficticias desaparecerán; estos marcos de referencia se denominan marcos de referencia inerciales. El término "fuerza ficticia" es algo confuso porque una fuerza ficticia aún tendrá efectos reales si estamos midiendo la posición, la velocidad y la aceleración en relación con un marco de referencia no inercial.

La gravedad difiere de las otras tres fuerzas fundamentales (fuerza electromagnética, fuerza fuerte y fuerza débil) porque ejerce una fuerza sobre cada objeto que es proporcional a la masa de inercia del objeto, y por lo tanto le da a todos los objetos la misma aceleración (siempre y cuando nos atengamos a observaciones cercanas o "locales"). Otras fuerzas fundamentales actúan sobre diferentes partículas fundamentales de diferentes maneras, y no actúan en absoluto sobre algunas partículas. En este sentido, la gravedad es como fuerzas dependientes del marco, como la fuerza centrífuga o la fuerza de Coriolis, razón por la cual se describe como una pseudofuerza o fuerza ficticia.

El principio de equivalencia dice que no se puede notar la diferencia entre el movimiento acelerado y un campo gravitatorio equivalente con mediciones locales . Sin embargo, si puede ver desde su nave espacial, podría usar efectos no locales para distinguir entre estar en la superficie de la tierra y acelerar a través del espacio. Por ejemplo, podría buscar anisotropías en la radiación de fondo de microondas cósmica.