|
Newton zamanında sabit yıldızlar bir referans sistemi olarak kabul edildi; mutlak uzaya göre sabit durdukları varsayıldı. Referans sistemlerinde, sabit yıldızlara göre durmakta veya bu yıldızlara göre düzgün bir ötelenme-yer değiştirme olmaktadır. Newton'ın hareket yasaları tutmak gerekiyordu. Buna karşılık, sabit yıldızlar, sabit yıldızlara göre döndürülmesi çerçeveleri olmanın önemli bir durum ile ilgili hızlanan çerçeveler, ancak, onların basit formu tutun vermedi hareket kanunları için, hayali güçlerin eklenmesiyle takviye gerekiyordu örnek, Coriolis kuvveti ve merkezkaç kuvveti. İki ilginç deneyler bu kuvvetler dolayısıyla onlar Eylemsiz olmayan bir gözlemciye açığa keşfedilen nasıl göstermek için Newton tarafından geliştirilen edilmiştir: ağırlık merkezinin kendi etrafında dönen iki küre birbirine bağlayan kordon gerginlik örnek ve döner bir kovada su yüzeyinin eğrilik örneği. Her iki durumda da, Newton'un ikinci yasasının uygulama kendi gözlemlerine (; dönen kepçenin durumunda parabolik su yüzeyi küre durumunda gerilim) hesaba merkezkaç ve Coriolis kuvvetleri yürütmesini olmadan dönen gözlemci için işe yaramaz.
Bildiğimiz gibi, sabit yıldızlar sabit değildir. Samanyolu galaksisi içerisinde yer almaktadırlar, özdevinim göstermektedirler. Bunlar galaksimizin dışında olup (nebulae gibi bulutsu uzak yıldız topluluğu), kısmen evrenin genişlemesi, ve kısmen olağandışı hızlarından dolayı kendilerine özgü hareketleri vardır. (Andromeda galaksisi Samanyolu ile 117 km / s hızla çarpışma rotasındadır). Referans eylemsizlik sistemleri kavramı ne sabit yıldızlara ne de mutlak alana bağlı değildir. Aksine, bir eylemsizlik sisteminin belirlenmesi çerçevesinde fizik yasalarının sadeliğine dayanmaktadır. Özellikle, gerçek olmayan kuvvetlerin yokluğu onların tanımlayıcı özelliğidir.
Uygulamada, bir gereklilik olsa da, referans bir atalet çerçeve sanki sabit yıldızlara dayalı bir referans çerçevesi kullanılarak çok az farklılık tanıttı. Örneğin, çünkü Güneş'in konusundaki dönme Dünya'nın merkezkaç ivme galaktik merkezi hakkında Güneş'in daha yaklaşık otuz milyon kat daha fazladır.
Daha fazla göstermek için, şu soruyu düşünün: "Evreni döndürebilir miyiz ?" Fizik yasalarını kullanarak Samanyolu galaksisinin şeklini açıklamayı deneyebiliriz, cevaplamak için. [11] (Diğer gözlemler mikrodalga [[anizotropi]] gibi, (yani, daha büyük farklılıklar veya daha az ölçüm belirsizliği sağlamak) daha kesin olabilir arka plan radyasyonun ya da Büyük Patlama nükleosentez. [12] [13]) Sadece nasıl düz Samanyolu disktir bir referans Eylemsiz dönme hızına bağlıdır. Biz Eylemsiz dönme tamamen dönme belirgin oranda özniteliği, farklı bir "düzlük" Biz bu dönme bölümünü varsayalım eğer gerçekten evrenin dönüşü nedeniyle ve galaksinin dönme dahil edilmemelidir daha tahmin ediliyor kendisi. Fizik kanunları dayanarak bir model olan bir parametre Evrenin dönme hızı ayarlanır. Fizik kanunlarının daha doğru onsuz daha dönüşüyle bir model gözlemler kabul ediyorsanız, biz tüm diğer ilgili deneysel gözlemlere tabi dönüş için en uygun değeri seçmek için eğimlidir. Dönme parametresinin hiçbir değer başarılı ve teori gözlemsel hata içinde değilse, fiziksel bir hukuk değişiklik olarak kabul edilir. (Örneğin, karanlık madde galaktik dönme eğrisi açıklamak için çağrılır.) Şimdiye kadar, gözlemler evrenin herhangi bir rotasyon (çok yavaş olduğunu gösteriyor hiçbir hızlı 1012 60 her seferinde daha · yıl (10-13 rad / yıl) [14] ), ve tartışmalar herhangi rotasyon olup olmadığı üzerinde devam eder. Rotasyon bulundu Ancak, evrenin bağlı bir çerçeve içinde gözlemler yorumlanması gibi rotasyon doğasında hayali güçleri için düzeltilmelidir gerekir. Besbelli, böyle bir yaklaşım (en az değişiklik gerekir veya) "fizik yasalarını uyguladığımız yerler bir eylemsizlik referans sistemidir" görüşünü benimser.
Kuantum etkileri önemli olduğunda, kuantum referans sisteminde ek kavramsal karmaşıklıklar ortaya çıkmaktadır.
==Arka plan==
Özel görelilikteki ve Newton mekaniğindeki eylemsizlik sistemlerinin karşılaştırılması ve mutlak uzayın rolü.
Basit fizik yasalarının olduğu sistemler
Özel göreliliğin ilk önermesine göre, tüm fiziksel yasalar eylemsizlik sisteminde en basit formunu basit şeklini almaktadır. ve düzgün ötelenme-yer değiştirmeyle ilgili çoklu eylemsizlik sistemler mevcuttur:
Özel görelilik ilkesi: koordinatları K bir sistem buna göre, böylece seçilirse, fizik kanunları kendi basit şekliyle iyi tutun, aynı kanunlar nispeten homojen çeviri hareketli koordinat başka sisteme K 'ile ilgili olarak iyi tutun K.
*Albert Einstein: Genel Görecelilik Teorisinin Temeli, Bölüm A, §1
Basitlik ilkesi Newton fiziği içinde de özel görelilik olarak kullanılabilir; Ayrıca Blagojević ve Nagel e göre:
Newton Mekaniği yasaları her zaman en basit biçiminde değildir. Örneğin, bir gözlemci yeryüzüne göreli dönen bir disk üzerine yerleştirilir, Eğer Newton mekaniğinin yasaları her zaman ... onların basit formu tutmayın, o / o çevre doğru bir 'kuvvet' onu iterek / onu hissedecek diğer organlarla herhangi bir etkileşim neden değildir disk,. Burada, ivme, ancak sözde atalet kuvveti, normal kuvvetin sonucu değildir. Newton yasaları sadece eylemsiz sistemler olarak adlandırılan referans çerçeveleri, bir ailenin kendi basit şekliyle tutun. Bu gerçek, görelilik Galile ilkesinin özünü temsil eder:
Mekaniğin yasaları, tüm eylemsiz sistemlerinde aynı formdadır.
--Milutin Blagojević: Yerçekimi ve Gösterge Simetrileri, Sayfa 4
Pratik açıdan bakıldığında, atalet referans çerçevelerinin denklik eşit hareket eden bir kutu içinde bilim adamları herhangi bir deney ile mutlak hız belirlemek anlamına gelir (aksi takdirde farklılıklar mutlak standart referans çerçevesi kuracak). [18] [19] Bu tanıma göre, ışık hızının sabitliği ile desteklenmiş, referans eylemsizlik çerçeveleri Lorentz dönüşümleri bir alt olan simetri dönüşümleri, Poincaré grubuna göre kendi aralarında dönüştürmek. [20] sınırlayıcı olarak görülebilir Newton mekaniği, içinde ışığın hızı sonsuz olduğu özel görelilik durum, referans eylemsizlik çerçeveleri simetrilerinin Galile grup tarafından ilişkilidir.
== Mutlak Uzay ==
Newton kabul mutlak uzay iyi sabit yıldızlı referans sabit göreceli bir çerçeve tarafından yaklaşık oturtulması. Bir atalet çerçeve daha sonra mutlak boşluğa üniforma ötelenme biriydi. Ancak, bazı bilim adamları (Mach tarafından "izafiyetçiler" olarak adlandırılan [21]), hatta Newton anda mutlak uzay formülasyonunun bir kusur olduğunu ve değiştirilmesi gerektiğini hissettim.
Nitekim, referans ifadesi eylemsiz çerçeve (Almanca: Inertialsystem) daha operasyonel tanımı gereği "mutlak uzay ve zaman" Newton'un tanımlarını değiştirmek için, 1885 yılında Ludwig Lange tarafından icat edildi [22] [23] Iro, Lange tarafından başvurulan gibi. önerilen: [24]
Bir kütle noktası üç farklı (non eş düzlemsel) yönlerde aynı noktadan atılan hangi bir referans çerçevesi doğrusal yollar o atılır her zaman takip atalet çerçeve olarak adlandırılır.
Lange ın önerisinin bir tartışması Mach da bulunabilir.
Newton mekaniği "mutlak uzay" kavramının yetersizliği Blagojević tarafından yazıldığından:
*Mutlak uzay varlığı görelilik Galile ilkesine göre, çünkü klasik mekaniğin iç mantığı çelişmektedir, atalet kare hiçbiri saydı edilebilir.
*Bunlar eylemsiz herhangi birine göre hızlanma ile ilgili olduğundan mutlak alan atalet kuvvetleri açıklamaz.
*Mutlak uzay ivme onların direncini uyararak fiziksel nesneler üzerinde hareket ama üzerine hareket edilemez.
-- Milutin Blagojević: Yerçekimi ve Gösterge Simetrileri, Sayfa 5
Operasyonel tanımların yarar özel görelilik kuramında çok daha gerçekleştirildi. Lange tanımı da dahil olmak üzere bazı tarihsel arka plan özetinde diyor DiSalle tarafından sağlanmaktadır.
Asıl soru, "referans çerçevesi nedir göre hareket kanunları tutmak mı?" yanlış poz için ortaya çıkar. Hareket yasaları için esasen onları oluşturmak için referans çerçeveleri bir sınıf ve (prensipte) bir prosedür belirler.
== Newton’un eylemsiz referans sistemi ==
Newton mekaniğinin, referans bir eylemsiz veya eylemsiz referans çerçevesi ülke içinde, hareket Newton'un birinci yasası geçerli olduğu biridir. Ancak, özel görelilik ilkesi, tüm fiziksel dahil Eylemsiz kavramını genelleştirir yasalar değil, sadece Newton'un birinci yasası.
Newton sabit yıldızlı üniforma hareket halinde olan herhangi bir referans çerçevesi olarak geçerli ilk yasayı inceledi; olduğunu, ne dönen, ne de yıldızlı göreli hızlandırılması. Bugün "mutlak uzay" kavramının terk ve klasik mekaniği alanında bir atalet çerçevesi olarak tanımlanmaktadır:
Referans bir atalet çerçeve kuvvetlerine tabi olmayan bir parçacık hareketi sabit hızda düz bir çizgi olduğu birisidir.
Bu nedenle, bir atalet çerçeveye göre, bir amacı, ya da vücut fiziksel kuvvet net kuvvet yokluğunda, (Newton hareket ilk hakları takiben) uygulanır ve yalnızca hızlandırır istirahat vücut kalan ve kalacak hareket vücut düz bir hat üzerinde ve sabit bir hızda, muntazam-yani hareket etmeye devam edecektir. Newton eylemsiz sistemler simetrilerinin Galile grubuna göre aralarında dönüşümü.
Bu kural doğrusal hareket sıfır net kuvvetin bir göstergesi olduğunu söyleyerek olarak yorumlanır ise düz hat hareket kare çeşitli görülebilir, çünkü kural, atalet referans çerçeveleri tespit etmez. Kural bir atalet çerçeve tanımlayarak olarak yorumlanırsa, o zaman sıfır net kuvvet uygulandığında belirlemek mümkün olmalıdır. Sorun, Einstein tarafından özetlenmiştir:
Eylemsizlik prensibi zayıflığı bir daire içinde bir argüman içerdiğini, bu yatıyor: ivmelenme olmaksızın bir kitlesel hareket yeterince uzakta başka organlarından ise; biz sadece ivme olmadan hareket gerçeği yeterince uzak diğer organlara ait olduğunu biliyoruz.
--Albert Einstein: Göreliliğin Anlamı, Sayfa 58
Bu konuda çeşitli yaklaşımlar vardır. Bir yaklaşım tüm gerçek güçler bilinen bir şekilde kendi kaynaklarından uzaklaştıkça düşüyorlar olduğunu iddia etmek, bu yüzden biz hiçbir kuvvet mevcut olduğundan emin olmak için uzağa tüm kaynaklardan yeterince emin olmak için, sadece var. [34] Bir mümkün Bu yaklaşımla sorun uzak evren konularda etkileyebilecek tarihsel uzun ömürlü görünümü (Mach prensibi) 'dir. Başka bir yaklaşım onlar için gerçek güçleri ve hesap için tüm gerçek kaynaklar tespit etmektir. Bu yaklaşım ile olası bir sorun biz bir şey özledim, ya da onların etkisi için uygunsuz hesap olabilir (yine Mach prensibi?). Üçüncü bir yaklaşım biz referans çerçeveleri vardiya zaman kuvvetler dönüşümü şekilde bakmaktır. Hayali kuvvetler, atalet çerçeveler kaybolur, bir çerçevenin ivme nedeniyle ortaya çıkan ve genel vakalarda dönüşümün kurallarını karmaşık olduğunu olanlar. Fiziksel hukukun evrenselliği ve yasalar en basit ifade çerçeveler talebinin temelinde, eylemsiz sistemler gibi hayali güçlerin olmaması ile ayırt edilir.
Newton'un hareket yasaları yaptığı bir gerekçeyle birinde görelilik kendisi bir ilke dile getirilen:
Belirli bir alan içerisinde bulunan cisimlerin hareketleri bu boşluk istirahat veya düz bir çizgide eşit ileri doğru hareket edip, kendi aralarında aynıdır.
—Isaac Newton: Principia, Corollary V, p. 88 in Andrew Motte translation
Ilk olarak, mekaniği sınırlıdır, ve ikincisi, basitlik hiçbir söz yapar: Bu ilke iki yolla özel ilke farklıdır. Bu özel ilkesi ile karşılıklı çeviri referans çerçeveleri arasında açıklama biçiminin değişmezliği paylaşır. referans çerçeveleri sınıflandırmada hayali güçlerin rolü aşağıda sürdürülmektedir.
== Eylemsiz referans sistemini eylemsiz olmayan sistemden ayırma ==
=== Teori ===
Kısaca açıklandığı gibi Ataletsel olmayan eylemsiz referans çerçeveleri, yokluğu veya hayali güçlerin varlığı ile ayırt edilebilir.
Eylemsiz olmayan sistemde bu varlık etkisi yaptığı hesaplamalara içine hayali bir kuvvet tanıtmak için gözlemci gerektirecek bir ....
—Sidney Borowitz and Lawrence A Bornstein in A Contemporary View of Elementary Physics, Sayfa. 138
Hayali güçlerin varlığı, hayali güçler mevcut çerçeve bir atalet çerçeve değil fiziksel yasalar özel görelilik ilkesi açısından, yani en basit yasaların mevcut değildir gösterir:
Olmayan bir eylemsizlik sistemine hareket denklemleri atalet kuvvetleri denilen ek koşullara göre bir atalet sistemi denklemlerin farklıdır. Bu bize deneysel bir sistem olmayan eylemsiz doğasını algılamasını sağlar.
—V. I. Arnol'd: Mathematical Methods of Classical Mechanics Second Edition, Sayfa. 129
Olmayan eylemsiz referans sistemleri oluşumu sözde hayali güçleri (sözde kuvvetler) tabidir; O, referans çerçevesinin kendisinin ivme gelen ve vücutta hareket eden herhangi bir fiziksel kuvvet kaynaklanan güçlerdir. Hayali kuvvetlerin örnekleri merkezkaç kuvveti ve referans çerçeveleri dönen Coriolis kuvveti vardır
Nasıl, sonra olan "hayali" güçler "gerçek" güçlerin ayrılması için? Bu ayrılık olmadan bir atalet çerçevenin Newton tanımını uygulamak zordur. Örneğin, bir Eylemsiz sabit bir nesne düşünün. Istirahat olmak, hiçbir net kuvvet uygulanır. Ancak sabit bir eksen etrafında dönen bir çerçeve içinde, nesne bir daire içinde hareket etmek için görünür ve (Coriolis kuvveti ve santrifüj kuvveti oluşur) merkezcil kuvvet tabidir. Nasıl dönen çerçeve olmayan bir eylemsiz çerçeve olduğuna karar verebilir? Bu karar iki yaklaşım vardır: Bir yaklaşım hayali güçlerin kökeni (Coriolis kuvveti ve merkezkaç kuvveti) için bakmaktır. Biz bu kuvvetlerin hiçbir kaynaklar, hiçbir ilişkili kuvvet taşıyıcıları, hiçbir menşeli ceset var bulacaksınız. [39] İkinci bir yaklaşım referans çerçeveleri çeşitli bakmaktır. Herhangi Eylemsiz, Coriolis kuvveti ve merkezkaç kuvveti kaybolur, yani dolayısıyla kuvvetler aynı ve basit fiziksel yasalar paylaşımı gibi kaybolur, bu kareleri tanımlamak ve olacaktır özel görelilik ilkesinin uygulanması için dönen çerçeve bir olmadığını kural eylemsiz sistemi.
Şekil 2 ve Şekil 3'te görüldüğü gibi Newton O küreler döner değilse, bağlama ipteki gerilim referans her karede sıfır olarak ölçülür dikkat çekti, kendisi dönen küreler kullanarak bu sorunu incelenmiştir. [40] Eğer küreler sadece, bu yüzden hiçbir gerginlik olduğunu dize sıfır gerilim merkezcil kuvvet kombinasyonu merkezkaç ve Coriolis kuvvetleri tarafından sağlanan bu gözlemleyerek muhasebeleştirilir (yani, biz dönen çerçeveden durağan alanları izliyor olduğunu) döndürmek için görünür gerekli. Küreler gerçekten dönen yapıyorsanız, gözlemlenen gerginlik tam dairesel hareketlerle tarafından gerekli merkezcil kuvvettir. Böylece, dize gerginlik ölçümü atalet çerçevesini belirlemektedir: o bu çerçevede görülmektedir olarak ipteki gerilim tam hareket tarafından talep merkezcil kuvvet sağlayan bir değil, farklı bir değerdir. Bu atalet çerçeve hayali güçleri ortadan biridir değildir.
Rotasyon nedeniyle hayali güçleri için çok fazla. Ancak, lineer hızlanma için, Newton ortak düzenlenen doğrusal ivme fark edilmeyecek fikrini dile
Kendi aralarında taşındı nasıl organları, herhangi eşit hızlandırıcı güçler tarafından paralel çizgiler doğrultusunda çağırdı varsa, onlar böyle bir güçleri tarafından çağırdı olsaydı aynı şekilde sonra, kendi aralarında hareket etmeye devam edecektir.
—Isaac Newton: Principia Corollary VI, p. 89, in Andrew Motte translation
Bu ilke, bir eylemsiz kavramını yaygınlaştırır. Örneğin, serbest düşen asansör sınırlı bir gözlemci bu kadar uzun o lift dışında bir şey hakkında hiçbir bilgiye sahip olarak, o yerçekimi altında hızlanan bile, kendisinin geçerli bir eylemsiz çerçeve olduğunu iddia edecektir. Yani, açık konuşmak gerekirse, atalet çerçeve göreceli bir kavramdır. Bu akılda ile, tek bir Eylemsiz bu kümenin bir öğe olarak tanımlanır, böylece sabit ya da birbirine göre sabit bir hızda hareket çerçevelerin bir set olarak topluca eylemsiz tanımlayabilir.
Bu fikirler uygulamak için, çerçeve gözlenen her şeyi bir üs-line, çerçeve kendisi tarafından paylaşılan ortak hızlanma tabi olmak zorundadır. Bu durum, tüm nesneler, aynı yer çekimi ivmesi tabi asansör örneğin, örneğin, geçerli olacak ve asansör kendisi de aynı oranda hızlanır.
1899 yılında astronom Karl Schwarzschild çift yıldızlar hakkında bir gözleme dikkat çekti. Birbirini yörüngedeki iki yıldızlı hareket düzlemsel bir düzlemde sistem yalan yıldızlı iki yörüngeleri olduğunu. Yeterince yakın çift yıldız sistemleri durumunda, iki yıldızlı yörüngelerinin perihelion güneş sistemi ile ilgili aynı yönde işaret kalır olsun Dünya'dan görülebilir. Schwarzschild o her zaman görüldüğünü işaret: tüm gözlenen çift yıldız sistemleri açısal momentum yönü Güneş sisteminin açısal momentumun doğrultusuna göre sabit kalır. Mantıksal çıkarım sadece jiroskop gibi, tüm gök cisimlerinin açısal momentumu evrensel eylemsizlik alana göre açısal momentum olmasıdır.
== Uygulamalar ==
Eylemsiz seyrüsefer sistemleri atalet alana göre ivmeleri belirlemek için jiroskoplar ve ivme ölçer bir küme kullanılır. Bir jiroskop eylemsiz bir alanda belirli bir yönde yukarı bükülmüş sonra, açısal momentumun korunumu yasası bu sürece hiçbir dış güçler uygulanmış olarak bu yönünü korumak gerektirir. Üç dik jiroskop bir atalet referans oluşturmak çerçeve ve bu çerçeveye hızlandırıcılar ölçü ivme göreli. Ivmeler, bir saat ile birlikte, daha sonra pozisyonda değişimi hesaplamak için de kullanılabilir. Böylece, atalet seyrüsefer harici girişi gerektirir ve bu nedenle herhangi bir harici veya dahili sinyal kaynağı tarafından sıkışmış edilemez ölü hesaplaşma şeklidir.
Açık deniz gemilerinin navigasyon için kullanılan bir gyrocompass, geometrik kuzey bulur. O değil dünyanın manyetik alanını algılayarak, ancak referans olarak atalet alanı kullanarak, bunu yapar. Gyrocompass cihazın dış mahfaza yerel çekül ile hizalanmış olarak kalır bir şekilde tutulur. Gyrocompass cihazın içinde jiroskop tekerleği yukarı bükülmüş olduğunda, jiroskop tekerlek askıya yol giderek dünyanın ekseni ile iplik ekseni hizalamak için jiroskop tekerleği neden olur. Dünya'nın ekseni ile uyum jiroskop adlı iplik ekseni atalet alana göre yönünü değiştirmek için gerekli Dünya'ya göre sabit olabilir ve hangi tek yön olduğunu. Yukarı bükülmüş sonra, bir gyrocompass bir saat dörtte kadar az Dünya'nın ekseni ile uyum yönüne ulaşabilirsiniz.
== Newton mekaniği ==
Genel görelilik denklik ilkesine dayanmaktadır:
Gözlemciler bir ivme nedeniyle bir yerçekimi kuvveti veya referans çerçevesi hızlandırıyor çünkü doğar olmadığını ayırt etmek gerçekleştirebilirsinizgerçekleştirebilir hiçbir deney yoktur.
—Douglas C. Giancoli, Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics, Sayfa. 155.
| 