Sistemas de referencia en Relatividad Especial y General

Me fascina la idea de colocar observadores junto con relojes estándar idénticos en una línea espaciada entre sí según varillas de longitud estándar cuando se colocan uno al lado del otro en el mismo lugar y en el mismo marco de referencia (es decir, en reposo relativo a uno). otro). Inicialmente, parecería que los observadores, debido a sus distancias fijas entre sí, se encuentran todos en el mismo marco de referencia, y parece que este debe ser absolutamente el caso. Se puede apreciar fácilmente que, dado un número suficiente de observadores en esta línea, la línea alcanzaría regiones del universo que se alejan a velocidades relativistas. Así, el n-ésimo observador donde 'n' es lo suficientemente grande estaría experimentando su región del universo viajando a una velocidad relativista alejándose de la dirección del origen de la línea de observadores.

Suponiendo que hemos dispuesto los observadores para que se fijen a sus respectivas varillas estándar de modo que sus distancias permanezcan fieles al número de varillas estándar entre el primer observador y el observador n, y sin tener en cuenta la influencia de GR en el observador n:

a. ¿Sería correcto si, si dejáramos de lado el efecto de la marea gravitacional y los efectos del campo GR, consideráramos al n-ésimo observador como dentro y extendido, imaginario, pero por lo demás como el mismo sistema de referencia de espacio-tiempo del 1er observador?

b. ¿Sería correcto que los observadores numerados del 1 al n representaran un espacio-tiempo SR plano que pasa por la ubicación del primer observador y son reales en la ubicación del primer observador?

C. ¿Existen soluciones a las ecuaciones de campo GR que describirían la relación de otro observador, independiente de la línea de 1 a n observadores y, por lo tanto, en caída libre bajo la influencia de las condiciones (debido a la expansión cósmica en una dirección que se aleja del primer observador)? , en esta región local del universo?

Lo contrario a mirar hacia el horizonte de eventos del universo sigue:

Cuando veo una imagen de una galaxia, digamos una galaxia espiral con un radio de 10.000 años luz tomada desde el telescopio espacial Hubble a una distancia de 30 millones de años luz, no puedo dejar de preguntarme acerca de la diferencia entre dos líneas nocionales visibles, la la primera línea AB situada en el plano de la galaxia, perpendicular a la línea de visión, y pasando por su centro e incluso a través de cualquier agujero negro es el centro, y la otra línea A1-B1 paralela pero desplazada de la primera línea por, digamos, una distancia igual al diámetro de la galaxia y desplazada de manera perpendicular al plano de la galaxia. Estas dos líneas se pueden imaginar, dibujar y ver en una fotografía de la galaxia. Mientras que las líneas tendrían ligeras curvas y distorsiones que eran diferentes de un observador' s que serían diferentes a los de la vista vista por otro observador en una ubicación diferente, ambos se aproximarían a ser iguales entre sí y tendrían un propósito que es el de permitir la comparación entre una línea de referencia potencial y otra. Las observaciones resultantes de las diferencias entre las dos líneas son bastante sorprendentes dado que un observador euclidiano puede ver las dos líneas teóricas en una sola imagen.

En pocas palabras, un viaje a lo largo de la línea A1-B1 implicaría aproximadamente, en el marco del observador, un viaje de 10 000 años luz y tardaría 10 000x(C/v) años en completarse a la velocidad v, mientras que un viaje a lo largo de AB implicaría un viaje , también en el marco del observador, de longitud infinita y cuya duración sería infinita o, como mínimo, hasta que el agujero negro del centro de la galaxia hubiera decaído por la radiación de Hawking.

No deseo presentar una objeción al cálculo y las ecuaciones presentadas que representan con exactitud la razón por la cual las teorías descartan un marco de referencia plano de relatividad especial, pero parece haber una sorprendente inconsistencia entre la conclusión establecida extraída de las deducciones lógicas, y la observación directa proporcionada por, digamos, una fotografía de una galaxia. ¿La conceptualización coherente seguramente no puede ser descartada en favor de la lógica absoluta de las matemáticas, ni viceversa?

El supuesto del segundo párrafo no puede ser satisfecho. No hay cuerpos rígidos extendidos en GR. Consulte, por ejemplo , physics.stackexchange.com/q/48392/109928 .

Respuestas (1)

Inicialmente, parecería que los observadores, debido a sus distancias fijas entre sí, se encuentran todos en el mismo marco de referencia, y parece que este debe ser el caso.

En realidad, este no es el caso. En el estudio de la relatividad, el concepto de un marco de referencia extendido verdaderamente inercial es una aproximación. Esto se debe a que siempre hay un gradiente de gravedad entre dos puntos en el espacio y, por lo tanto, siempre hay una aceleración relativa entre dos puntos en el espacio (para cualquiera que quiera ser técnico, no creo que dos puntos en el espacio tengan un vector de gravedad idéntico con un grado arbitrario de precisión, pero incluso si lo hubiera, esto sería infinitamente improbable, y tal cosa es imposible para una línea continua). Por lo tanto, no existen marcos de referencia inerciales extendidos. Esto significa que cualquiera de los dos observadores que elija estaría acelerando uno con respecto al otro y, por lo tanto, se demuestra que la hipótesis de que tiene una línea de observadores en el mismo marco de referencia inercial es incorrecta.