Jaki jest związek między grawitacją a bezwładnością?

Einstein powiedział nam, że grawitacja i bezwładność są identyczne.

Tak, Einstein powiedział, że grawitacja i bezwładność są identyczne, mimo że ludzie w komentarzach mówią Wręcz przeciwnie. Jest to częsty błąd wynikający częściowo z zrównywania masy grawitacyjnej przez Einsteina z masą bezwładnościową (zgodnie z jego zasadą równoważności), ale głównie dlatego, że grawitacja i przyspieszenie wyglądają jak różne zjawiska.

Można powiedzieć, że grawitacja i bezwładność są identyczne i że pole grawitacyjne i przyspieszenie są parami indukcyjnymi (podobnie jak pole elektromagnetyczne i prąd elektryczny). Pole grawitacyjne wywołuje przyspieszenie, a przyspieszenie indukuje pole grawitacyjne.

Z artykułu Einsteina z 1918 roku: On the Foundations of the General Theory of Relativity… http://einsteinpapers.press.princeton.edu/vol7-trans/49

„Bezwładność i grawitacja są zjawiskami identycznymi z natury”. – Albert Einstein

W liście, który Einstein napisał w odpowiedzi do Reichenbachera …. http://einsteinpapers.press.princeton.edu/vol7-trans/220

„Przejdę teraz do zarzutów przeciwko relatywistycznej teorii pola grawitacyjnego. Tutaj Herr Reichenbacher przede wszystkim zapomina o decydującym argumencie, a mianowicie, że liczbowa równość masy bezwładności i grawitacji musi wynikać z równości istoty . Powszechnie wiadomo, że właśnie to osiąga zasada równoważności. Podnosi on (podobnie jak Herr Kottler) zarzut przeciw zasadzie równoważności, zgodnie z którą pola grawitacyjne dla skończonych domen czasoprzestrzeni w ogóle nie mogą zostać przekształcone. Nie widzi, że nie ma to żadnego znaczenia. Ważne jest tylko to, że można w każdej chwili i do woli (w zależności od wyboru układu odniesienia) wyjaśnić mechaniczne zachowanie punktu materialnego przez grawitację lub bezwładność.Więcej nie jest potrzebne; aby osiągnąć zasadniczą równoważność bezwładności i grawitacji nie jest konieczne, aby mechaniczne zachowanie dwóch lub więcej mas musi być wyjaśnionych jako zwykły efekt bezwładności przez ten sam wybór współrzędnych. Przecież nikt nie zaprzecza, na przykład, że teoria szczególnej teorii względności oddaje sprawiedliwość naturze ruchu jednostajnego, mimo że nie może przekształcić wszystkich ciał bez przyspieszenia razem w stan spoczynku przez jeden i ten sam wybór współrzędnych. ” – Albert Einstein

Z książki Alberta Einsteina: The Meaning of Relativity, str. 58

„… W rzeczywistości dzięki tej koncepcji dochodzimy do jedność natury bezwładności i grawitacji . Gdyż zgodnie z naszym spojrzeniem na to, te same masy mogą wydawać się być albo pod działaniem samej bezwładności (w odniesieniu do K), albo pod połączonym działaniem bezwładności i grawitacji (w odniesieniu do K ”). Możliwość wyjaśnienia liczbowej równości bezwładności i grawitacji jednością ich natury daje ogólna teoria względności, zgodnie z moim przekonaniem, taka przewaga nad koncepcjami mechaniki klasycznej, że wszystkie napotkane trudności należy uznać za małe w porównaniu z postępem ”. – Albert Einstein

Tutaj i w innych miejscach Einstein szczególnie podkreśla równoważność grawitacji i bezwładności, a nie tylko równoważność masy grawitacyjnej i bezwładnościowej.

… Ale czy w tym miejscu pozostajemy w zawieszeniu: grawitacja i bezwładność są identyczne i równe? Czy bezwładność grawitacyjna? A może to grawitacja bezwładności?

Tak, właśnie w tym miejscu jesteśmy zawieszeni.

Jaki jest następny krok poza stwierdzeniem, że grawitacja i bezwładność są identyczne i równe?

Następnym krokiem byłoby rozwiązanie w większym wyszczególnij fizykę bezwładności. Możesz wyszukiwać takie rzeczy, jak „źródło bezwładności”, aby dowiedzieć się, jak niektórzy fizycy w przeszłości podeszli do tego problemu. Mam wrażenie, że kiedy zagadka bezwładności zostanie w mniejszym lub większym stopniu rozwiązana, stwierdzenie Einsteina dotyczące równoważności grawitacji i bezwładności zostanie potwierdzone.

Komentarze

• Bardzo Ci za to dziękuję. ' Jestem w trakcie publikowania powieści, w której główny bohater ma podobne zainteresowania jak moje. W ostatnim akapicie proponuje pracę doktorską „Pomiary w zasadzie równoważności z wykorzystaniem binarnego soczewkowania pulsarowego grawitacyjnego do oceny koncepcji masy bezwładnościowej i grawitacyjnej w czterech wymiarach. ” Wydaje się, że jest doskonale postępując zgodnie z radą z ostatniego akapitu dotyczącą dalszych badań w tej dziedzinie.
• Świetnie. Byłoby interesujące zobaczyć, co znajdujesz (on) w swojej pracy.
• Ten artykuł został właśnie opublikowany dzisiaj: nbcnews.com/mach/science/ … Wygląda na to, że ci faceci pokonali moją postać z książki w badaniu. No cóż.

Einstein powiedział nam, że grawitacja i bezwładność są identyczne. A z faktu, że dwie różne masy spadają w tym samym tempie, sądzę, że możemy powiedzieć, że grawitacja i bezwładność są równe …

Jak w komentuje, nie jest to dokładne odwzorowanie zasady równoważności, tak jak to rozważał Einstein jako pierwszy. Raczej należy czytać, że „grawitacja i masa bezwładności są równe”. Istnieją dwie różne cechy ciała – masa grawitacyjna i masa bezwładnościowa. Pierwsza z nich mierzy „siłę sprzężenia” ciała z polem grawitacyjnym, tak jak to wymyślił Newton – mierzy siłę, jaką „znormalizowane” pole grawitacyjne wywiera na ciało. Ten ostatni mierzy „opór ciała na pchnięcie”; mierzy, ile impulsu trzeba przekazać ciału, aby zmienić jego prędkość o znormalizowaną wartość. Bardziej eksperymentalnie: pierwszy mierzy, jak bardzo ciało napręży sprężynę równowaga zawieszona na wadze w znormalizowanym polu grawitacyjnym. To ostatnie dotyczy tego, jak szybko ciało porusza się po tym, jak zostanie popchnięte przez określoną znormalizowaną maszynę do popychania impulsów. Z pozoru są to bardzo różne eksperymenty i dwa bardzo różne właściwości. A jednak ciała o różnych bezwładnościach spadają z tym samym przyspieszeniem w polu grawitacyjnym. Jeśli to naprawdę jest prawdą, to jedynym sposobem, w jaki może się to zdarzyć, jest to, że dwie różne właściwości – masa bezwładności i masa grawitacyjna – są dokładnie proporcjonalne do Możemy wtedy ułożyć nasze definicje tak, aby stała proporcjonalności była jednością i nazwać je równymi.Ale kluczowym wynikiem, który pozwala na taką równość, jest proporcjonalność, a wykazanie proporcjonalności było wynikiem potwierdzonym przez eksperyment Eötvösa.

Jaki jest następny krok dalej mówiąc, że grawitacja i bezwładność są identyczne i równe?

Po dużo dłuższym rozważaniu, doprowadziło to Einsteina do ogólnej teorii względności. W wielu zwykłych wyjaśnieniach często sugeruje się, że zasada równoważności jest kluczowym wynikiem prowadzącym do GTR i że GTR powinien w jakiś sposób wyskoczyć z niej czytelnikowi jako oczywisty. To wcale nie jest prawda. Równoważność była bardzo wczesną wskazówką. Będąc trąbką, najważniejszym tematem we wczesnych artykułach Einsteina z około 1907 roku, potem cofa się na dalszy plan, a jego obecność w GTR jest w rzeczywistości dość subtelna.

Jednym ze sposobów radzenia sobie ze wskazówką równoważności jest odzwierciedlenie, że istnieje inna ważna sytuacja w fizyce klasycznej, w której siła działająca na ciało jest proporcjonalna do jego masy, a to jest w nieinercjalnych układach odniesienia (takich jak w często reklamowanej, stale przyspieszającej windy kosmicznej). Z punktu widzenia obserwatora nieinercjalnego, ciała doświadczają sił, których nie ma oczywistego źródła, proporcjonalnie do ich masy bezwładnościowej, dokładnie tak, jak dzieje się to w przypadku grawitacji.

Więc może powierzchnia Ziemi nie jest układem inercjalnym? Rzeczywiście, w klasycznej ogólnej teorii względności dokładnie to się dzieje. Ogólna teoria względności postuluje, że przestrzeń i czas tworzą ogólnie zakrzywione (w bardzo sensie technicznym – nie spodziewaj się uchwycenia tego pojęcia prostymi obrazami wizualnymi; zobacz także tutaj ) i że ruch swobodnych ciał przebiega wzdłuż geodezji w tej rozmaitości. Jeśli coś nie porusza się po geodezyjnej, wówczas siła proporcjonalna do jej bezwładności masa musi działać, aby wywołać ten niegeodezyjny ruch. Ponadto ogólna teoria względności postuluje, że uogólnione pojęcie energii powoduje powstanie tej krzywizny. Zatem na powierzchni masywnego ciała, takiego jak Ziemia, energia naprężenia Ziemi powoduje zakrzywienie czasoprzestrzeni w taki sposób, że wszystkie geodezje są trajektoriami przyspieszającymi w kierunku środka Ziemi, z przyspieszeniem $ g $ na powierzchni Ziemi.

Jednak fizyka nie grawitacyjna „psuje to” i „przeszkadza”. Ciało spadające w kierunku środka Ziemi nie może tego zrobić ze względu na fizykę ciała stałego: ciała stałe, takie jak powierzchnia Ziemi i stopy, nie mogą przechodzić przez siebie. Tak więc równowaga zostaje znaleziona tam, gdzie Ziemia odpycha się na podeszwach naszych stóp (lub na naszych pośladkach i nogach, jeśli siedzimy), tak że stale przyspieszamy w górę od ruchu geodezyjnego do wysokości $ g $ metrów na sekundę kwadratową przyspieszenie.

Ale jeśli odejmiemy te fizyczne procesy w stanie stałym, np. upuszczając ciało z krawędzi stołu, to na krótko zostanie ono poddane ruchowi geodezyjnemu, tak że my, w naszym nieinercjalnym układzie odniesienia (nieruchome w stosunku do powierzchni Ziemi), zobacz ciało podlegające przyspieszeniu niezależnemu od jego masy bezwładności.

Komentarze

• ” przez upuszczenie bryły krawędzi stołu, powiedzmy, wtedy na krótko zostanie ona poddana ruchowi geodezyjnemu, tak że my, w naszym nieinercyjnym układzie odniesienia (nieruchomym względem Ziemi ' s), zobacz ciało poddawane przyspieszeniu niezależnemu od jego masy bezwładności. ” Czy przez to rozumiesz t czy ciało opada wzdłuż krzywej czasoprzestrzeni pomiędzy stołem a ziemią?
• @foolishmuse Mam na myśli to, że podąża ścieżką geodezyjną w przestrzeni i czasie, aż uderzy w ziemię, tak

Cóż, bezwładność i grawitacja są takie same na poziomie podstawowym.

Bezwładność – ciało ze względu na swoją masę (energia), tworzy wokół siebie zagłębienie przestrzeni. To zanurzenie sprawia, że do zmiany stanu ciała wymagana jest siła. Stąd powoduje bezwładność.

Grawitacja – ten sam spadek (krzywa) spowodowany masą (energią) ciała objawia się jako grawitacja dla innych ciał.

Więc ich pochodzenie jest takie samo i to jest zakrzywienie przestrzeni.

Bezwładność to nic innego jak grawitacja ciała działającego na siebie przeciw jakiejkolwiek zmianie stanu. Dlatego masa grawitacyjna i bezwładnościowa są takie same.

Uważam, że grawitacja i bezwładność są tym samym zjawiskiem. Są to dwie strony tego samego medalu.

Zakrzywienie przestrzeni przez masę / energię ciała przejawia się jako grawitacja dla innych ciał.

To samo zakrzywienie przestrzeni objawia się jako bezwładność ciała, kiedy spróbujemy zmienić jego stan spoczynku lub ruch jednostajny.

Byłbym szczęśliwy, gdyby ktoś obalił ten pogląd koncepcyjnie lub matematycznie.

Komentarze

• To fascynujące, a ja ' nigdy nie słyszałem tego wyjaśnienia. Mówisz, że bezwładność jest spowodowana krzywą w przestrzeni wokół masy.Kiedy pcham masę (i stawiam czoła bezwładności), wszystko, co naprawdę robię, to pchanie jej ” pod górę ” krzywej w przestrzeń. Czy to jest to, co chcesz powiedzieć? Więc naprawdę grawitacja i bezwładność są dokładnie takie same?
• @foolishmuse: w tym przypadku nie popychasz masy pod górę, tylko popychasz wzgórze (lub spadek, lub zakręt). Tak, to te same zjawiska, jedyna różnica polega na tym, jak o nich mówimy. Mówimy o grawitacji jako o wpływie krzywizny przestrzeni jednego ciała na inne. Bezwładność to wpływ krzywizny przestrzeni jednego ciała na siebie, przeciw zmianom jego stanu ruchu / spoczynku. Obie są spowodowane krzywizną przestrzeni. Dlatego te dwie masy są takie same, ponieważ to ta sama masa powoduje te dwie. Nie musisz zwracać uwagi na -ve głosy, są tam ludzie o bliskich poglądach.
• Dzięki. Teraz inna część Twojej wcześniejszej odpowiedzi, na którą potrzebuję trochę więcej, dotyczy sposobu, w jaki ' zrównałeś masę i energię w odniesieniu do zakrzywienia czasoprzestrzeni. Rozumiem, jak masa i energia to to samo pod e = mc2. Zastanawiam się ', czy to energia powoduje zakrzywienie czasoprzestrzeni? A może to masa? A może nie można ich oddzielić na potrzeby tej dyskusji, a przyczyną zakrzywienia czasoprzestrzeni jest coś, co nazywa się masenergią?
• @foolishmuse: Nigdy o tym nie słyszałeś, ponieważ prawdopodobnie nie wspomniano o tym w żadnej książce ani literaturze fizycznej. To jest moje własne myślenie. Byłbym pod wrażeniem, gdyby ktokolwiek mógł odrzucić to koncepcyjnie lub matematycznie.
• @foolishmuse: W tym przypadku energia i masa spoczynkowa prawdopodobnie nie mogą zostać rozdzielone. Ale staje się to trochę skomplikowane (lub niejasne dla mnie), kiedy zaczniesz uwzględniać energię kinetyczną. Ale to nie powinno mieć znaczenia dla zrozumienia podstawowej koncepcji bezwładności / grawitacji. Możesz zgłębić problem, włączając KE do procesu. Muszę pomyśleć więcej, ale nie sądzę, aby równoważność grawitacji / bezwładności uległa zmianie.

Grawitacja i bezwładność to nie to samo. Bezwładność to „zmiana” środka ciężkości. Jeśli grawitacja i bezwładność są takie same, to nie ma różnicy między szybką piłką a zakrzywioną piłką!