En mi universo de fantasía, hay un mundo en forma de disco que tiene una superficie plana que tiene aproximadamente la misma atmósfera que la Tierra (ver esto ); la atmósfera se mueve junto con el mundo. No hay gravedad en mi universo; más bien, los objetos en el mundo se mantienen presionados por una aceleración ascendente constante del mundo ~9,8 m/s 2 a través del espacio infinito (vacío) sin otros cuerpos cósmicos.
Mi pregunta es, ¿la fuerza producida por esta aceleración sería efectivamente indistinguible de la fuerza producida por la gravedad en la Tierra? ¿Afectaría esto al comportamiento de los aviones de alguna manera obvia?
Tu mundo experimentará una gravedad constante y uniforme. Todo está acelerando hacia arriba al mismo ritmo, pero este no es el caso en nuestro universo, ya que la gravedad sigue (aproximadamente) una ley del cuadrado inverso, y más específicamente el marco de la relatividad general.
En la Tierra, este no es el caso, y hay una serie de efectos diferentes. Algunos son obvios y otros no:
La gravedad no es del todo uniforme en la superficie de la Tierra. La Tierra gira, por lo que el radio ecuatorial es mayor que el radio polar en unos 22 km, lo que significa que la gravedad es más fuerte en el polo que en el ecuador. Esto podría tener algunos efectos , pero nada inmediatamente visible para el ojo humano; es sólo el 0,6%. Los cambios locales en la elevación de la topología de la superficie también afectan la gravedad , tenga en cuenta que incluso el Monte Everest está a solo unos 9 km sobre el nivel del mar. Los mascons , anomalías gravitacionales locales, están presentes en la Luna, pero no son importantes en la Tierra, aunque tales desviaciones se pueden mapear:
Mapa de variaciones de gravedad en el fondo marino. Crédito de la imagen: NOAA.
En resumen, si viaja una gran distancia en la Tierra, es posible que pueda ver una diferencia en la gravedad de la superficie, pero solo con un equipo de medición bastante bueno. Si viajas a cualquier parte de este mundo, no deberías ver ninguna variación.
La gravedad también se debilita si te elevas a través de la atmósfera de la Tierra, gracias a la ley del cuadrado inverso. Una vez más, incluso los aviones de gran altitud como el U-2 solo podrían medir desviaciones del orden de aproximadamente el 1%, y un avión se ve más afectado por la turbulencia atmosférica que por este cambio en la gravedad. Por lo tanto, ese cambio sería difícil de medir. Lo mismo ocurre con los túneles debajo de la superficie de la Tierra, pero incluso el agujero más profundo hecho por el hombre en la Tierra tiene solo 12-13 km de profundidad.
Ha habido experimentos que han demostrado que los efectos de la relatividad general cambian según lo predicho a diferentes alturas sobre la superficie de la Tierra: el experimento de Pound-Rebka fue famoso, al igual que el experimento de Hafele-Keating . El primero probó cambios en el corrimiento al rojo gravitacional; este último probó cambios en la dilatación del tiempo de la relatividad especial y general. Estos cambios no estarían presentes en su mundo plano y acelerado. Una vez más, sin embargo, esto requiere un equipo de medición sensible.
El crédito va a Nat por recordarme este. Las mareas en la Tierra surgen de las posiciones de la Luna y el Sol entre sí. Sin gravedad, no verías mareas, incluso si aparecen una luna y una estrella en el cielo. No también que las "fuerzas de marea" , en un sentido diferente de la palabra, surjan de un gradiente gravitacional, una diferencia en la fuerza de gravedad entre dos puntos. En un caso de aceleración uniforme, no verás ese tipo de cosas.
Mi pregunta es, ¿la fuerza producida por esta aceleración sería efectivamente indistinguible de la fuerza producida por la gravedad en la Tierra?
Sí. Ese es el punto central del Experimento Mental del Ascensor Sellado de Einstein que demuestra el Principio de Equivalencia.
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c2/Equivalence_principle_thought_experiment.png
Más tarde, Einstein perfeccionó su experimento mental para considerar a un hombre dentro de un gran cofre cerrado o un ascensor cayendo libremente en el espacio. Mientras estaba en caída libre, el hombre se consideraría ingrávido, y cualquier objeto suelto que vaciara de sus bolsillos flotaría junto a él. Entonces Einstein imaginó una cuerda atada al techo de la cámara. Un "ser" poderoso de algún tipo comienza a tirar de la cuerda con fuerza constante. La cámara comienza a moverse "hacia arriba" con un movimiento uniformemente acelerado. Dentro de la cámara, todas las percepciones del hombre son consistentes con su estar en un campo gravitacional uniforme. Einstein preguntó: "¿Deberíamos sonreírle al hombre y decir que se equivoca en su conclusión?" Einstein respondió que no. Más bien, el experimento mental proporcionó "
. .
¿Afectaría esto el comportamiento de los aviones de alguna manera obvia?
Si el mundo del disco es perfectamente plano y no tiene bordes, entonces la atmósfera se deslizará rápidamente por el borde del disco. Si el mundo tiene un muro (60-65 millas) a su alrededor, entonces el aire permanecerá adentro.
¿Qué acelera los discos del mundo? ¿Es alguna fuerza universal la que impulsa la roca o la tierra hacia arriba? Por supuesto, también podría ser alguna fuerza universal que acelere el material que no es roca ni tierra hacia abajo.
Entonces, la forma obvia de construir una nave espacial sería cortar algo de "material del mundo" del planeta del disco. No solo sería ingrávido, sino que como la aceleración es una constante , otras cosas podrían apilarse sobre él. Sería una especie de medio de transporte antigravedad.
¿La premisa de la "aceleración constante" suena inverosímil? No, en absoluto, ¡en realidad es un requisito !
La aceleración debe ser independiente de la cantidad de "material no mundial" apilado sobre él. De lo contrario, el disco del mundo se inclinaría tan pronto como la masa no acelerada se distribuyera de manera desigual en todo el mundo. Una vez que el disco se inclina, el agua y el aire fluirían hacia abajo, lo que provocaría que el disco siguiera inclinándose aún más rápido. El agua y el aire son otras cosas que se caerían del disco, con resultados predecibles. Este material que no acelera también eventualmente golpearía los planetas del disco inferior/trasero a velocidades relativistas.
Tus "aviones" serían rocas flotantes, como naves aéreas (zepelines), pero sin la molestia. También serían naves espaciales, pero una vez que abandonas la atmósfera (eso sería fácil), las superficies de control regulares ya no funcionan. Una vez que abandona el área del disco wold (flotando de lado), necesita unidades de reacción. Ahora, eso apesta mucho... bueno, no para los muchachos que pilotean la roca. Simplemente pueden lanzar material en la dirección opuesta para generar empuje en la dirección deseada. No es un problema siempre y cuando usen material de "roca flotante"... pero es un gran problema para los mundos inferiores/traseros tan pronto como tienen la idea (obvia) de lanzar basura. Hay buenas posibilidades de que, eventualmente, algún otro mundo sea golpeado por una mierda que impacte a una velocidad hiperrelativista.
Nota: incluso los fotones (calor/luz irradiada desde el mundo o su sol) se habrían convertido en una radiación extremadamente fuerte en las regiones inferiores del universo. Entonces, solo los mundos "superiores" en el universo infinito serían habitables.
Como no hay otros cuerpos cósmicos en su universo, tampoco tienen Sol. Sin sol significa que no hay luz solar y sin luz solar significa que su mundo tendrá una temperatura tan cercana al cero absoluto como lo permite Heisenberg. (Aparte de la actividad geológica [que no debería existir sin la gravedad, en mi opinión] y la radiactividad, si es que debería existir).
Por lo tanto, sus aviones no podrían despegar, ya que no habría una atmósfera gaseosa disponible.
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