No estoy muy seguro de cuál es mi duda y plantearé las preguntas según las cuales siento problemas.
¿Existe un marco inercial absoluto? Si es así, ¿cómo lo definimos? ¿Cómo podemos decir que su aceleración es cero... quiero decir cero con respecto a qué? Si no, ¿qué son aproximadamente los marcos inerciales y por qué se llaman así?
Lo más importante , ¿cuáles son las implicaciones de aproximar marcos como, por ejemplo, nuestra tierra, que en realidad no son inerciales como marcos inerciales?
He tratado de encontrar respuestas en otras preguntas presentes en el sitio, pero la mayoría de ellas parecen estar por encima de mi nivel actual de conocimiento, involucrando radiación cósmica de fondo y otras cosas.
PD: soy un estudiante de grado 12 y no sé mucho sobre teoría de la relatividad o cosas cuánticas.
Primero, un objeto inercial es aquel que no está sujeto a fuerzas activas. Literalmente, inercial significa no activo, del latín, el idioma en el que Newton escribió los Principia. Newton consideró que una fuerza activa requería contacto. Idealmente, definiríamos inercial en el sentido de que no hay interacciones de contacto con otra materia (incluida la interacción con la luz o los fotones). Esto no es estrictamente posible, pero podemos acercarnos arbitrariamente a él:
Ahora podemos reformular la primera ley de Newton como una ley local:
La primera ley de Newton era necesaria en la mecánica newtoniana para determinar el "espacio absoluto", pero la relatividad la reemplaza con la idea de un marco de referencia inercial local, basado en N1*:
Está implícito en esta definición que los marcos de referencia inerciales son locales. Es decir, un marco de referencia inercial describe solo una región finita del espacio-tiempo en la que la desviación del reposo o el movimiento uniforme no es medible y puede despreciarse. El tamaño de esta región depende de la precisión de la medición, pero vale la pena señalar que un segundo en el tiempo corresponde a un segundo luz en la distancia. En términos de escalas de tiempo normales, local se refiere a intervalos de tiempo bastante cortos.
Einstein usó una definición diferente "las leyes de la física en su forma más simple", pero la primera ley de Newton es más concreta y es suficiente para definir marcos de referencia inerciales.
La Tierra puede considerarse como un cuerpo inercial y, cuando elimina la rotación, define un marco de referencia inercial, pero esto solo funciona durante un breve período de tiempo. Para obtener una descripción completa del espacio-tiempo, debe pegar marcos de referencia inerciales. El resultado utiliza las mismas matemáticas, geometría diferencial, que para las superficies curvas que pueden verse como casi planas en regiones lo suficientemente pequeñas. Así es como formamos el espacio-tiempo "curvo", pero debe entenderse que esta es una definición matemática de la curvatura; no significa que el espacio-tiempo sea realmente curvo en el mismo sentido que una superficie curva.
"Inercial" significa "ortogonal", que a su vez significa esto: Un marco {e1,e2,e3,e4} es ortogonal (o inercial) si e1.e1=-1 , e2.e2 = e3.e3 = e4.e4 = 1, y todos los otros productos internos que puedes formar (como e2.e3 o e1.e4) son cero.
No hay nada relativo en este criterio. Las ecuaciones anteriores se cumplen o no. Para que todos puedan ponerse de acuerdo sobre qué marcos son inerciales.
(Esto, por supuesto, no aborda su pregunta más importante ).
SvenForkbeard