Simulando la gravedad en un universo sin gravedad

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?

@Giter Dado que este universo no tiene gravedad, probablemente también estén lanzando la relatividad.
@Nat, con o sin gravedad, c sigue siendo el límite
Por 'turbulencia universal', me refiero a que los objetos generarán mucho viento y calor a medida que vuelan por el universo. A menos que el universo no esté lleno de atmósfera, por supuesto, pero en ese caso, a menos que el mundo tenga forma de cuenco, todo el aire se caerá casi de inmediato.
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Sí, la fuerza sería la misma, por un corto tiempo, luego superas la velocidad de la luz y suceden cosas raras y probablemente todos mueren.
@TrevorD Nunca alcanzarías la velocidad de la luz: considera el cohete relativista .
Eso es lo divertido de la relatividad, puedes acelerar para siempre y, sin embargo, nunca alcanzarás la velocidad de la luz. De hecho, siempre verás la luz ir a la misma velocidad en cualquier dirección. Y como el universo está vacío de todos modos, no habrá ninguna otra referencia significativa en la que el mundo vaya a una velocidad hiperrelativista ridícula. Lo cual es bueno, porque en algún momento cualquier partícula perforaría un agujero en el mundo de otra manera.
@Eth me pregunto; ¿Hay una velocidad a la que la sección transversal de las partículas cae a un valor tan pequeño que la materia básicamente deja de notarse entre sí?
¿Cómo puedes tener inercia pero no gravedad?
¿Esto es propulsión de tortuga?
@Spencer: la aceleración en realidad es producida por los brotes de crecimiento combinados de una pila infinita de tortugas.
@Yakk En algún momento, la partícula habrá acumulado tanta energía cinética que se convertirá en un agujero negro desde su punto de vista, por lo que la sección transversal no puede caer por debajo de cierto punto. ¡Si sería suficiente para evitar colisiones sería una buena pregunta en la sección de física!

Respuestas (4)

TL;DR

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 varía a lo largo de la superficie de la Tierra.
  • La gravedad varía en diferentes elevaciones.
  • La gravedad varía en cambios cortos de altura, medibles con equipos sofisticados.
  • Las fuerzas de marea surgen de las diferencias de gravedad entre múltiples puntos.

Cambios en la gravedad superficial

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:

ingrese la descripción de la imagen aquí
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.

Cambios en la atmósfera

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.

Cambios a pequeña escala

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.

Mareas y fuerzas de marea

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.

A menos que el mundo plano esté involucrado en una maniobra bancaria cósmicamente enorme de algún tipo...
@JoeBloggs Eso explicaría cómo se mueven algunas naves espaciales de ciencia ficción.
Mientras que el campo gravitatorio de la Tierra puede variar en un 0,6 % (no lo he comprobado), el de la Luna varía en un 1,6 %. Usé algunos de esos números en mi respuesta a Una luna que es difícil de orbitar .
@MichaelKjörling ¡Sí! Y casualmente acabo de mencionar mascons en mi edición.
Las mareas podrían simularse si el mundo plano estuviera ligeramente inclinado y esa inclinación siguiera girando alrededor de su eje vertical.
"la presión y la densidad promedio serían las mismas en todas las altitudes" ¿qué? No, falso, totalmente falso. La presión proviene del peso de las cosas encima de ti; se reduciría ligeramente , pero muy ligeramente, casi toda la atmósfera está donde la gravedad supera el 99% de la gravedad superficial.
@Yakk Fui estúpido y apliqué mal la fórmula barométrica, y me di cuenta de que es exactamente lo mismo con constante gramo . Estás en lo correcto; He editado mi respuesta.
Segundo problema; el sol y la luna proporcionan energía para las mareas, pero afirmar que las mareas "surgen" de ellas es cuestionable; la forma de las mareas proviene de la forma de la cuenca del océano más que del sol/la luna (el ingenuo bulto de las mareas no es cómo funcionan las mareas). Cualquier función de forzamiento de fuerza razonable, como el mundo que se tambalea en un período de ~ 24 horas, generaría mareas similares a las de la Tierra en una frecuencia múltiplo de la función de forzamiento.
@Yakk Tomas mencionó algo similar arriba; He estado considerando eso por un tiempo. Editaré la respuesta cuando tenga algo más detallado que decir sobre el tema.
en.wikipedia.org/wiki/Tide#/media/File:M2_tidal_constituent.jpg -- las mareas son chapoteos circulares alrededor de los nodos de marea cero.

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://en.wikipedia.org/wiki/Einstein%27s_thought_experiments#Falling_painters_and_accelerating_elevators

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c2/Equivalence_principle_thought_experiment.png ingrese la descripción de la imagen aquí

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.

Voté a favor, pero me gustaría señalar que esto solo se mantiene en un campo gravitatorio uniforme, cierto localmente en la Tierra, pero no globalmente.
@ HDE226868 dado que es un universo sin gravedad y el disco se acelera a 9,8 m/s ^ 2, no entiendo " localmente en la Tierra, pero no globalmente ", ya que el "globo" es "Tierra local".
Quiero decir que el campo gravitatorio de la Tierra no es uniforme, mientras que el de este mundo sí lo es. En otras palabras, en cualquier punto dado, el experimento mental de Einstein se mantiene, pero si viajas por la Tierra, verás diferentes efectos debido a las diferentes fuerzas de la gravedad. Ese no será el caso en este disco.
@ HDE226868 también, sí, es gravedad uniforme, pero ... es " Simulación de gravedad ", y las simulaciones nunca son exactas. :)
Me atrapaste. :-) Supongo que está lo suficientemente cerca.

¿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   9.8 metro / s 2 , 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.

¿Está seguro? Me parece que el sol no es lo único que nos calienta en este planeta; también hay calor que sube desde abajo.
hay calor geológico, básicamente un residuo de la formación de planetas, que es el colapso gravitatorio, que no existe en ese mundo. y la radiactividad, que mencioné.
Todavía no estoy seguro de que puedas concluir que hace tanto frío. Este es un mundo de forma diferente, con otras fuerzas además de la gravedad en juego; quién sabe qué condujo a la formación del mundo y qué temperatura es. De hecho, ni siquiera estoy seguro de que tenga sentido decir que no hay gravedad, ya que hay una fuerza que camina y grazna como la gravedad.