¿Qué marco de referencia en el universo es (más) neutral en rotación?

He leído sobre Newton's Bucket y el marco de referencia pseudo-especial vinculado a CMB , pero no encontré nada que los uniera bien a los dos, entonces, ¿el marco CMB es un "marco de descanso" para un cuerpo giratorio que no está ligado gravitacionalmente localmente? ? Si no, ¿algún otro?

Realicemos un experimento mental: tenemos una sonda espacial con un giroscopio de momento de control motorizado que nos permite poner la sonda en un giro arbitrario y acelerómetros que miden la aceleración local en cada dirección (sin importar cuál es la fuente de esa aceleración: gravedad, motores , fuerza centrípeta, etc.) colocados en ubicaciones extendidas en la sonda (fuera del centro de masa).

Colocamos la sonda en cuclillas en el medio del Vacío Gigante para que reciba la menor cantidad posible de perturbaciones locales de los cuerpos celestes cercanos (ya que no hay ninguno; todos muy distantes). Luego manejamos el CMG de tal manera que minimice las lecturas de todos los acelerómetros.

¿Llegaremos a una lectura de cero plana? Y con la lectura tan minimizada que cualquier operación solo la aumenta, el marco de referencia vinculado a la sonda no rotará en relación con el marco pseudo-maestro basado en CMB, o será algo más, vinculado a qué (además de la Investigacion)?

Puede ser interesante incluir los efectos de la mecánica cuántica en la respuesta a esta pregunta. Hasta cierto punto, un superfluido puede brindarle un marco de referencia absolutamente libre de rotación (o al menos podría decir que no está en ese marco).

Respuestas (1)

Sí, existe un marco en el que todos los acelerómetros pueden, en principio, llegar a cero. De hecho, hay infinitos marcos de este tipo. En algunos de esos marcos, el CMB parecería isotrópico; en otros, no lo sería. (Supongo que está ignorando la presión de radiación del CMB en la sonda, ya que puede hacerse arbitrariamente pequeña haciendo que la sonda sea lo suficientemente pequeña).

La afirmación de que los acelerómetros no registran aceleración en un marco inercial (es decir, un marco en el que las curvas de coordenadas espaciales constantes obedecen a la ecuación geodésica), que se deriva del principio de equivalencia, es una afirmación sobre la naturaleza fundamental del espacio-tiempo: sería cierta en cualquier universo descrito por la relatividad general, independientemente de las condiciones iniciales o de contorno de ese universo, y en particular no tiene nada que ver con la existencia del CMB.

El hecho de que exista un marco en el que el CMB aparezca isotrópico es una declaración sobre las condiciones iniciales de nuestro universo; ciertamente no se deriva de la relatividad general. Y la existencia del CMB no afecta de ninguna manera las lecturas de los acelerómetros que se mueven localmente (excepto a través de una cantidad verdaderamente pequeña de presión de radiación, como se mencionó anteriormente). Dicho de otra manera, la relatividad general simplemente dice que el universo aparece localmente como el espacio-tiempo de Minkowski en regiones lo suficientemente pequeñas. La existencia de un marco CMB afirma que existe un marco global en el que el universo es (aproximadamente) invariante traslacional y rotacionalmente en el espacio (aunque no invariante traslacional en el tiempo o boost), una declaración completamente lógicamente independiente.

Además, tenga en cuenta que "rotacionalmente invariable" no significa "se ve igual sin importar cómo esté rotando"; significa "se ve igual tanto antes como después de que comience y finalice la rotación, de modo que ya no está girando pero ahora está girando". apuntando en una dirección diferente a la anterior".

En algunos de esos marcos, el CMB parecería isotrópico; en otros, no lo sería. - esto no es suficiente para que yo acepte la respuesta. Si coloco una sonda en un marco donde CMB parece isotrópico, luego la envío a un giro salvaje, CMB permanecerá isotrópico. Pero CMB puede parecer anisotrópico y la anisotropía puede ser invariable en relación con la sonda (la sonda se mueve en línea recta en relación con CMB) o rotar (traslación + rotación) alrededor de la sonda; ¿hay marcos de referencia en los que este último aún mostraría 0? en los acelerómetros? ¿Será el primero?)
@SF. En la primera situación, donde la sonda ve el CMB como anisotrópico pero constante en el tiempo, sus acelerómetros leerán cero, porque no gira con respecto a la métrica del espacio-tiempo. En la segunda situación, donde la sonda ve que la anisotropía está rotando, sus acelerómetros medirán la aceleración, porque está rotando en sentido contrario a la métrica. También hay una tercera situación posible en la que el CMB parece isotrópico y los acelerómetros marcan cero, y una cuarta situación posible en la que el CMB vuelve a aparecer isotrópico pero los acelerómetros detectan una aceleración.
@SF. La cuarta situación no debe considerarse "rotación neutral" porque no es localmente inercial: la sonda no verá los objetos libres cercanos viajando en línea recta. Supongo que se podría decir que la tercera situación es aquella en la que la sonda ve "el universo [como] más neutral en rotación". Pero el punto clave es que la primera situación es casi tan buena, porque las leyes de la física en sí mismas (aunque no el CMB) son perfectamente rotacionales invariantes en este marco, y todo excepto el CMB se comportará tan bien como en la tercera situación.
debido a que el espacio-tiempo es curvo, realmente no podemos dar por sentada la 'trayectoria de objetos libres cercanos'. (Elegí a propósito Giant Void para evitar esto; ¡imagínese encontrar el marco de inercia en la órbita baja de una estrella de neutrones!). En cuanto a 'todo excepto CMB, todo está en flujo constante, los filamentos se estiran, los grupos se mueven, chocan o se separan, lo que lo convierte en una mala referencia para un marco de referencia.
@SF. Solo depende de lo lejos que mires. El principio de equivalencia dice que, localmente, cualquier espacio-tiempo parece plano y, en particular, las partículas libres se mueven en líneas perfectamente rectas. Específicamente, "localmente" significa "en distancias mucho menores que la escala de longitud establecida por la curvatura". Es cierto que cerca de una estrella de neutrones, el espacio-tiempo está fuertemente curvado (pequeño radio de curvatura), por lo que no es necesario mirar muy lejos antes de que se noten los efectos gravitatorios. Pero incluso allí, la gravedad parece "desvanecerse" siempre que restrinja su atención a una región del espacio-tiempo lo suficientemente pequeña.
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