الفلك

ما هو أفضل إطار مرجعي بالقصور الذاتي لوصف الأجسام في النظام الشمسي (بخلاف مركز الكتلة في النظام الشمسي)؟

ما هو أفضل إطار مرجعي بالقصور الذاتي لوصف الأجسام في النظام الشمسي (بخلاف مركز الكتلة في النظام الشمسي)؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

لغرض المشروع ، أطلب أن تكون المكونات التي تصف إطار القصور الذاتي مستقلة قدر الإمكان عن أجسام النظام الشمسي نفسه. نظرًا لأن مركز barycenter الخاص بالنظام الشمسي يتم تحديده من خلال مواضع وكتل أجسام النظام الشمسي ، فلن يكون اختيارًا جيدًا.

كنت أفكر في أن الإطار الذي أريده يمكن وصفه بواسطة نجم قريب ليس لديه كواكب خاصة به أو مركز المجرة نفسه.

في حالة وجود مثل هذا الإطار بالقصور الذاتي ، أود أن يتم التعبير عنه في إحداثيات ديكارتية مركزية الشمس.

أي أفكار ذات صلة سيكون موضع تقدير كبير!


استخدم مركز الكتلة الأولي (COM) كأصل.

من التافه إظهار أن COM لنظام N-body مغلق (في فيزياء نيوتن) يتحرك بسرعة ثابتة. هذا نظام سهل نسبيًا للعمل مع أنظمة إحداثيات أخرى والتحويل إليها ، مثل النظام الشمسي الذي ذكرته ، وهو نسبيا تافهة مقارنة بحوسبة نظام 3D N-body بدقة جيدة. كلمة نصيحة: إذا كانت عملية التحويل بين أنظمة الإحداثيات تمثل مشكلة بالنسبة لك ، فمن المحتمل أن تكون الرياضيات والخوارزميات الخاصة بمحاكاة دقيقة أسوأ بكثير. أقترح تجربة رياضيات التحويل هذه كتمرين إحماء وإذا كنت مرتاحًا لذلك فغوص في المحاكاة.

يمكن إظهار COM يتحرك بسرعة ثابتة لأنه نظام مغلق (أو يمكن معاملته على هذا النحو على مدار الجدول الزمني الذي ذكرته) ، وبالتالي فإن صافي القوة على COM هو صفر ، مما يعني أنه يجب أن يتحرك بسرعة ثابتة.

إن إضافة جسم صغير مثل كويكب خارج المجموعة الشمسية لا يحدث فرقًا في النظام ككل. إنه تغيير دقيق. يمكنك التعامل مع مثل هذه الكائنات كحالات خاصة ، وتجاهل تأثيرها على النظام وحساب تأثير النظام عليها فقط. إذا كنت تخطط لإضافة أجسام كبيرة جدًا ومعرفة ما سيحدث ، فأنت بحاجة إلى تضمينها في النظام العام طوال عملية المحاكاة.

لاحظ أن هناك الكثير من عمليات المحاكاة الموجودة والتي تنفذ مجموعة واسعة من الأساليب. هذه مشكلة تمت دراستها على نطاق واسع وسيؤدي البحث عبر الإنترنت إلى عدد لا يحصى من الأساليب.

حركة Barycenter معقدة. كنت سأتجنب هذا التعقيد في ما أصبح بالفعل نظامًا رياضيًا فوضويًا لمحاكاته.

يجب أن تكون أولوياتك الرئيسية هي جمع بيانات دقيقة لقيم البداية الأولية (غير تافهة) واختيار الخوارزميات. نظام الاختيار أو التنسيق بسيط نسبيًا.


تتمثل إحدى افتراضات النسبية العامة في عدم وجود إطار مرجعي مطلق. إنه نوع مهم ، ويعتبر أحد معايير أي نظرية أخرى.

تكون سرعة الضوء دائمًا ثابتة في جميع الإطارات المرجعية ، ولكنها لا تحدد إطارًا مرجعيًا. هناك تحول مخروطي بسيط ، لكنه موضوع معقد بعض الشيء من النسبية ، ولا يغير الإجابة.

ومع ذلك ، ليست كل الأطر المرجعية متساوية. هناك فئة خاصة من هذه القصور الذاتي. غالبًا ما يكون من المناسب اختيار إطار مرجعي بالقصور الذاتي ، لأن التعامل معه أسهل بكثير. في الإطار المرجعي بالقصور الذاتي ، يتم الحفاظ على الطاقة والزخم بشكل طبيعي وتثبت قوانين نيوتن للحركة دون الحاجة إلى إضافة قوى وهمية. إذا كنت تتعامل مع النسبية ، فإنك في إطار مرجعي بالقصور الذاتي تحتاج فقط إلى النسبية الخاصة ، والتي هي أبسط بكثير من النسبية العامة.

أبسط مثال على الإطار المرجعي غير القصور الذاتي هو إطار مرجعي دوار. إذا كنت داخل غرفة مغلقة وتلك الغرفة تدور ، فيبدو أن الأشياء يتم التأثير عليها من خلال بعض القوى الإضافية التي يبدو أنها تأتي من لا مكان. هناك قوة الطرد المركزي ، تسحب كل شيء باتجاه الحواف الخارجية للغرفة ، وهناك قوة كوريوليس التي تجعل الشيء يتحرك في منحنى عندما يتحرك باتجاه / بعيدًا عن المركز. هذه قوى وهمية ، لأنها موجودة فقط كنتيجة لاختيار نظام الإحداثيات الخاص بك. ولكن إذا تسارعت الأشياء من تلقاء نفسها تحت تأثير قوة الطرد المركزي ، فلن يتم حفظ الطاقة. لإصلاح ذلك ، تحتاج إلى إدخال طاقة كامنة إضافية تكون أعلى في وسط الغرفة. هذا يسمى إمكانات فعالة. نفس الفكرة. إنه موجود فقط بسبب اختيار نظام الإحداثيات & quotbad & quot.

بمجرد أن تدرك أن الغرفة تدور بالفعل ، وتختار نظام إحداثيات لا يدور مع الغرفة ، يمكنك وصف كل الحركات بدون هذه القوى أو الإمكانات الإضافية.

إذا كنت تعرف كيفية التعامل مع هذه الأشياء ، يمكنك اختيار نظام إحداثي ليس بالقصور الذاتي والعمل معه. عليك أن تكون حذرا. وأحيانًا تكون هذه طريقة أكثر ملاءمة للتعامل معها. إذا كنت تصمم محطة فضائية ستولد جاذبية اصطناعية عن طريق الدوران ، فمن الأسهل الانتقال إلى إطار مرجعي دوار ، بحيث تكون المحطة & quot؛ ثابتة & quot ، وأنت فقط تأخذ في الاعتبار تأثيرات الطرد المركزي وتأثيرات كوريوليس في التصميم الخاص بك.

أولاً ، ماذا يعني & quotbest & quot يعني؟ التعريف الخاص بي: أفضل إطار مرجعي لبعض المشاكل هو ذلك الإطار الذي يجعل مهمتي في حل هذه المشكلة أقل صعوبة. مع هذا التعريف ، لا يوجد إطار مرجعي منفرد. & quot ما يشكل & quot؛ إطار & quot؛ إطار لمشكلة واحدة سيكون مختلفًا تمامًا عن & quot؛ & quot؛ إطار & quot في بعض المشكلات الأخرى.

لنفترض أن المشكلة المطروحة هي نمذجة طقس الأرض. هذه المشكلة صعبة بما يكفي عند القيام بها من منظور إطار يدور مع الأرض. اختر إطارًا غير دوار ، ولديك فوضى مستعصية على الحل.

افترض أن المشكلة المطروحة هي نمذجة ديناميكيات النظام الشمسي. هذه المشكلة صعبة بما يكفي عندما يتم إجراؤها من منظور إطار غير دوار مع الأصل في مركز ثقل النظام الشمسي. افعل ذلك من منظور إطار ثابت للأرض وستواجه مرة أخرى مشكلة مستعصية. إنها أسوأ من كونها مستعصية على الحل: هذه الحركة القطبية غير متوقعة تعني أنك قد تخلصت للتو من الدقة العالية والقدرة على التنبؤ في المستقبل بهذا الاختيار.

لا ، لأن هذا يعني أنه سيكون من الممكن قياس الحركة المطلقة التي تنتهك SR.

من المستحيل قياس الحركة بالنسبة إلى الفضاء. يمكنك فقط قياس الحركة بالنسبة لشيء آخر ، لأن الحركة هو فقط بالنسبة لشيء آخر.

التحرك بسرعة ثابتة من أي قيمة والبقاء & quotstill & quot هما نفس الشيء جسديًا.

تتمثل إحدى افتراضات النسبية العامة في عدم وجود إطار مرجعي مطلق. إنه نوع مهم ، ويعتبر أحد معايير أي نظرية أخرى.

تكون سرعة الضوء دائمًا ثابتة في جميع الإطارات المرجعية ، ولكنها لا تحدد إطارًا مرجعيًا. هناك تحول مخروطي بسيط ، لكنه موضوع معقد بعض الشيء من النسبية ، ولا يغير الإجابة.

ومع ذلك ، ليست كل الأطر المرجعية متساوية. هناك فئة خاصة من هذه القصور الذاتي. غالبًا ما يكون من المناسب اختيار إطار مرجعي بالقصور الذاتي ، لأن التعامل معه أسهل بكثير. في الإطار المرجعي بالقصور الذاتي ، يتم الحفاظ على الطاقة والزخم بشكل طبيعي وتثبت قوانين نيوتن للحركة دون الحاجة إلى إضافة قوى وهمية. إذا كنت تتعامل مع النسبية ، فإنك في إطار مرجعي بالقصور الذاتي تحتاج فقط إلى النسبية الخاصة ، والتي هي أبسط بكثير من النسبية العامة.

أبسط مثال على الإطار المرجعي غير القصور الذاتي هو إطار مرجعي دوار. إذا كنت داخل غرفة مغلقة وتلك الغرفة تدور ، فيبدو أن الأشياء يتم التأثير عليها من خلال بعض القوى الإضافية التي يبدو أنها تأتي من لا مكان. هناك قوة الطرد المركزي ، تسحب كل شيء باتجاه الحواف الخارجية للغرفة ، وهناك قوة كوريوليس التي تجعل الشيء يتحرك في منحنى عندما يتحرك باتجاه / بعيدًا عن المركز. هذه قوى وهمية ، لأنها موجودة فقط كنتيجة لاختيار نظام الإحداثيات الخاص بك. ولكن إذا تسارعت الأشياء من تلقاء نفسها تحت تأثير قوة الطرد المركزي ، فلن يتم حفظ الطاقة. لإصلاح ذلك ، تحتاج إلى إدخال طاقة كامنة إضافية تكون أعلى في وسط الغرفة. هذا يسمى إمكانات فعالة. نفس الفكرة. إنه موجود فقط بسبب اختيار نظام الإحداثيات & quotbad & quot.

بمجرد أن تدرك أن الغرفة تدور بالفعل ، وتختار نظام إحداثيات لا يدور مع الغرفة ، يمكنك وصف كل الحركات بدون هذه القوى أو الإمكانات الإضافية.

إذا كنت تعرف كيفية التعامل مع هذه الأشياء ، يمكنك اختيار نظام إحداثي ليس بالقصور الذاتي والعمل معه. عليك أن تكون حذرا. وأحيانًا تكون هذه طريقة أكثر ملاءمة للتعامل معها. إذا كنت تصمم محطة فضائية ستولد جاذبية اصطناعية عن طريق الدوران ، فمن الأسهل الانتقال إلى إطار مرجعي دوار ، بحيث تكون المحطة & quot ؛ لا تزال & quot ، وأنت فقط تأخذ في الاعتبار تأثيرات الطرد المركزي وكوريوليس في التصميم الخاص بك.

لا أعتقد أن هناك إطارًا مرجعيًا مطلقًا. سيكون عليك تحديده في كل حالة.
إذا كان الأمر يتعلق بالحساب ، فيبدو أن الإطار المرجعي & quot؛ المطلق & quot؛ مفيد & quot؛ (إذا كان يجب عليك إنشاء واحد ، ولكنه ليس ضروريًا على الأرجح) هو الموقع الذي لا يتغير فيه إطار القصور المرجعي.
وبعبارة أخرى ، فإن الإطار المرجعي المطلق المفيد هو الموقع الذي لا يتسارع فيه.

أفترض أن رأيي أن الإطار المرجعي المطلق غير موجود هو أكثر من استنتاج فطري خاص بي.


تقلب الطاولات؟

يُعرف سبب حالة التوائم المسافرين أيضًا باسم & # 8220twin مشكلة & # 8221 أو حتى & # 8220twin paradox & # 8221 هو ما يلي. من وجهة نظر التوأم على الأرض ، يمكن للمرء أن يفسر فارق السن من خلال اللجوء إلى تمدد الوقت ، وهو مفهوم أساسي للنسبية الخاصة. إنه ينطوي على مراقب (بتعبير أدق: مراقب بالقصور الذاتي) ، على سبيل المثال مراقب يعيش على محطة فضائية تطفو في الفضاء الفارغ. بالنسبة لمراقب كهذا ، تتنبأ النسبية الخاصة بما يلي: بالنسبة لأي ساعة متحركة ، سيتوصل ذلك المراقب إلى استنتاج مفاده أنها تعمل بشكل أبطأ من ساعته. سواء كانت ساعة على محطة فضائية أخرى تطفو في الماضي أو ساعة على صاروخ مدفوع بمحرك ، في الوقت الذي يستغرقه المراقب & # 8217s في الساعة الخاصة به ، سيكون قد انقضى أقل من ثانية على الساعة المتحركة . لا ينطبق هذا التباطؤ على الساعات فحسب ، بل ينطبق أيضًا على كل ما يحدث في محطة الفضاء المتحركة أو في الصاروخ الطائر. ستظهر جميع العمليات التي تجري على هذه الأجسام المتحركة بطيئة لمراقبنا.

بشكل مميز ، هناك حالات يكون فيها تمدد الوقت متبادلًا. على سبيل المثال ، إذا كان هناك اثنان من المراقبين ينجرفان في الفضاء ، كل منهما في محطته الفضائية الخاصة ، وإذا كانت هاتان المحطتان الفضائيتان في حركة نسبية ، فعند كل المراقب ، يبدو أن الوقت في المحطة الفضائية الأخرى يعمل بشكل أبطأ مما هو عليه. (إذا كان هذا يبدو بالفعل وكأنه تناقض بالنسبة لك ، فقد ترغب في قراءة موضوع التركيز جدلية النسبية.)

بمساعدة تمدد الوقت & # 8211 غالبًا ما يتم اختصاره إلى & # 8220 تتحرك الساعات أبطأ & # 8221 & # 8211 يمكن للمرء محاولة شرح ما يحدث للتوائم. لا عجب أن يكون السفر التوأم أقل من ذلك! بعد كل شيء ، يمكن أن يستدعي التوأم على الأرض تمدد الوقت: تتحرك الساعات المتحركة بشكل أبطأ ، وكذلك تفعل ساعات التوأم المتحرك. في هذه الساعات البطيئة الحركة & # 8211 ، وبالتالي ، في سفينة الفضاء بأكملها & # 8211 يمر وقت أقل من الوقت على الأرض ، بمعنى آخر: عندما يعود التوأم المسافر ، يكون أصغر سناً.

لا تناقض حتى الآن. لكن لماذا & # 8217t التوأم المسافر يقلب الطاولة على أخيه؟ بعد كل شيء ، الحركة نسبية. لماذا & # 8217t التوأم في سفينة الفضاء تعرف نفسها على أنها في حالة راحة؟ من وجهة النظر هذه ، ستكون الأرض هي التي تبتعد قبل أن تعود إلى سفينة الفضاء. وإذا كان الأمر كذلك ، فلا يمكن لـ سفر التوأم تطبيق تمدد الوقت (& # 8220 تتحرك الساعات أبطأ & # 8221) لكل من بقي على الأرض؟ بهذه الحجة ، ألا ينبغي أن يكون البشر على الأرض أصغر من المتوقع بمجرد لم شمل التوأم؟ إذا كان كلا التوأمين على قدم المساواة ، فيجب السماح لكل منهما بمراقبة نفسها أثناء الراحة واستدعاء تمدد الوقت. لكن في النهاية ، عندما يلتقي التوأم مرة أخرى ، يمكن أن يكون أحدهما فقط على حق & # 8211 إذن ، لا يمكن أن يكون هناك أي غموض: إما أن يكون أحدهما أصغر سنًا ، أو الآخر (أو بالطبع ، كلا التوأمين & # 8217 الحجج مخطئون ، وقد تقدموا في العمر تمامًا). تناقض & # 8211 مفارقة مزدوجة؟


ما هو الإطار المرجعي بالقصور الذاتي؟

الإطار المرجعي بالقصور الذاتي عبارة عن مجموعة من أجهزة القياس التي تتحرك بسرعة ثابتة على طول خط مستقيم وبدون دوران.

يجب ألا يدور الإطار المرجعي (يدور) حول محوره. بعبارة أخرى ، بالنظر من هذا الإطار ، لا ينبغي رؤية النجوم البعيدة في حركة دائرية (على عكس ما نراه على الأرض).

في الواقع ، لا أعتقد أنه من الممكن إعطاء تعريف لا لبس فيه ، ومرهق ، وصارم للإطار المرجعي بالقصور الذاتي ، ببساطة لأنه مفهوم أساسي في الفيزياء ، مما لا يمكن اختزاله إلى أي شيء أبسط. ومع ذلك ، لا أعتقد أن هناك أي جدل. سنتفق جميعًا على ما إذا كان الإطار بالقصور الذاتي أم لا عندما نراه.

مرة أخرى: تناوب الاحترام على ماذا؟

هل أنت متأكد من أن النجوم البعيدة (الكون) لا تدور؟ لماذا ا ؟

هل تعرف مفارقة (نيوتن) الدلو مع الماء. إذا كان الدلو يدور ، فلن يحدث شيء ولكن إذا دار الماء ، فإن سطح الماء يشبه & quotV & quot. قال نيوتن: الكتاب القادم سأشرح ذلك. لم يشرح ذلك قط.

طيب أن أقول: إطار مرجعي بالقصور الذاتي؟ (إطار ، هندسة فقط)
ألا نتحدث عن الإطار المرجعي المادي؟

انسى القوى الوهمية لبعض الوقت. لنفترض أنه يمكنك رؤية شيء ما ، وأنت تعلم أنه لا توجد قوى تعمل على هذا الكائن. إذا كان الكائن يتحرك على طول خط مستقيم بسرعة ثابتة ، فأنت في إطار مرجعي بالقصور الذاتي. هذا هو قانون نيوتن الأول للحركة. أنت لست في إطار مرجعي بالقصور الذاتي إذا بدا أن الكائن يخضع لنوع من التسارع. قانون نيوتن الأول أساسًا يحدد إطار مرجعي بالقصور الذاتي.

يتحدث قانون نيوتن الثاني عما يحدث للأشياء التي يتم التصرف بموجبها بواسطة بعض القوة كما رأينا من مراقب بالقصور الذاتي. يحدد القانون الأول & quot؛ إطار مرجعي & quot؛ من حيث السلوك. يعرف القانون الثاني بالمثل & quotforce & quot من حيث السلوك.

قانون نيوتن الثاني هو جهاز قوي للغاية. يمكن استخدامه لتحديد حالة (الموقع والسرعة) لجسم ما في أي وقت من الأوقات بناءً على الحالة فقط في وقت معين ومعرفة القوى المؤثرة على الجسم. ومع ذلك ، فإن قانون نيوتن الثاني صالح فقط في إطار القصور الذاتي. بسبب صلاحياته الإسقاطية ، سيكون من الجيد توسيع هذا القانون ليشمل الأطر غير بالقصور الذاتي.

عد مرة أخرى إلى الجسم الخالي من القوة ، لكن هذه المرة نلاحظه من إطار مرجعي معروف بأنه غير قصور ذاتي. سيظهر الكائن لتسريع. ينتج عن قسمة التسارع الملحوظ على الكتلة شيئًا بوحدات القوة. من خلال ربط هذا المعامل الشبيه بالقوة ببعض سمات إطارنا المرجعي (دورانه أو تسارعه) ، يمكننا استخدام هذا المعامل الشبيه بالقوة كما لو كان قوة في قانون نيوتن الثاني. القوة ليست حقيقية (الكائن ليس لديه أي قوى خارجية) ، لذا فهي & quot؛ تخيلية & quot.


من أي إطار مرجعي تدور الأرض حول الشمس؟

في وسعنا. لكن من الصعب استخدام نظام الإحداثيات هذا. على سبيل المثال ، هناك قوة خيالية هائلة تدور حول الشمس حول الأرض. من الأفضل بكثير اختيار نظام إحداثيات حيث تبدو الحركة بسيطة ، والنظام المتمركز حول الشمس هو هذا النظام.

في وسعنا. لكن من الصعب استخدام نظام الإحداثيات هذا. على سبيل المثال ، هناك قوة خيالية هائلة تدور حول الشمس حول الأرض. من الأفضل بكثير اختيار نظام إحداثيات حيث تبدو الحركة بسيطة ، والنظام المتمركز حول الشمس هو هذا النظام.

نعم ، إنها مسألة ميكانيكا كلاسيكية. ميكانيكا نيوتن صالحة تقريبًا للأنظمة المرجعية بالقصور الذاتي ، اكتب أي الحركة منطقية جسديًا (لا يوجد افتراض لقوى خيالية). على سبيل المكافأة ، فإن المعادلات أبسط أيضًا.

تتعلق النسبية الخاصة بتلك الأنظمة المرجعية للميكانيكا الكلاسيكية ، انظر مقدمة:
http://www.fourmilab.ch/etexts/einstein/specrel/www/

لا ، الوحدات مختلفة.

نشعر بالفعل بقوى التسارع أثناء الجلوس على الأرض. خذ مقياس التسارع وسترى أننا نشعر بتسارع تصاعدي بمقدار g.

تملي قوانين الفيزياء أن تأخذ معادلات الحركة شكلاً بسيطًا نسبيًا في بعض الأطر المرجعية ، لكنها ستتخذ شكلاً صعبًا إلى حد ما في إطارات أخرى. هذه المصطلحات الإضافية في الشكل الصعب هي قوى وهمية. (أو التسارع الوهمي. ليست هناك حاجة إلى الضرب بالكتلة للحصول على قوة لأن الخطوة التالية هي القسمة على الكتلة لتحقيق التسارع.)

بينما يمكن للمرء أن يصف سلوك النظام الشمسي من منظور إطار متمركز حول الأرض ، فإنك تصطدم بالرأس في المنشور الأصلي عندما تسأل & quot ؛ لماذا يكون أي إطار مرجعي أكثر دقة من الآخر؟ & quot؛ The & quotbest & quot (اقرأ: الأكثر دقة) الإطار المرجعي لحساب مدار القمر الصناعي الذي يدور حول الأرض هو إطار متمركز حول الأرض. ستظل تحصل على قوى وهمية ، ولكن مع ذلك سيكون المدار المنتشر أكثر دقة عند حسابه في إطار مركزه الأرض مقابل إطار مركز النظام الشمسي.

لنفترض بدلاً من ذلك أن المركبة تنتقل من الأرض إلى المشتري ، ومرة ​​واحدة في كوكب المشتري ، تذهب إلى مدار حول المشتري. للحصول على أكبر قدر من الدقة ، يجب أن تكون بارعًا تمامًا في الأطر المرجعية الخاصة بك ، وتبديل إطارات التكامل على طول الطريق. مفتاح هذا التحول هو مجال تأثير الجاذبية.


15 إجابات 15

تخيل سفينتي فضاء على شكل كعكة دائرية تلتقيان في الفضاء السحيق. علاوة على ذلك ، افترض أنه عندما ينظر أحد الركاب في السفينة A من النافذة ، فإنهم يرون السفينة B تدور في اتجاه عقارب الساعة. هذا يعني أنه عندما ينظر أحد الركاب في B من النافذة ، فإنهم يرون السفينة A تدور في اتجاه عقارب الساعة أيضًا (ارفع يديك وجربها!).

من الحركية البحتة ، لا يمكننا أن نقول "السفينة A تدور حقًا ، والسفينة B ثابتة حقًا" ، ولا العكس. الوصفان ، أحدهما به دور أ والآخر ب ، متكافئان.(يمكننا القول أيضًا أنهما يدوران بمقدار جزئي). كل ما نعرفه ، من وجهة نظر حركية خالصة ، هو أن للسفن بعض الدوران النسبي.

ومع ذلك ، لا توافق الفيزياء على أن دوران السفن نسبي بحت. سيشعر الركاب على متن السفن بالجاذبية الاصطناعية. ربما تشعر السفينة A بالكثير من الجاذبية الاصطناعية بينما لا تشعر السفينة B بأي منها. ثم يمكننا أن نقول على وجه التحديد أن السفينة A هي السفينة التي تدور بالفعل.

لذا فإن الحركة في الفيزياء ليست كلها نسبية. هناك مجموعة من الأطر المرجعية ، تسمى إطارات القصور الذاتي ، والتي يختارها الكون بطريقة ما على أنها خاصة. السفن التي ليس لها سرعة زاوية في هذه الإطارات بالقصور الذاتي لا تشعر بالجاذبية الاصطناعية. ترتبط كل هذه الإطارات ببعضها البعض عبر مجموعة Poincare.

في النسبية العامة ، الصورة أكثر تعقيدًا بعض الشيء (وسأدع المجيبين الآخرين يناقشون GR ، لأنني لا أعرف الكثير) ، لكن الفكرة الأساسية هي أن لدينا تناسقًا في القوانين الفيزيائية يتيح لنا تعزيز الأطر المرجعية تتحرك بسرعة ثابتة ، ولكن ليس للإشارة إلى الإطارات المتسارعة. هذا المبدأ يكمن وراء وجود القصور الذاتي ، لأنه إذا كانت الإطارات المتسارعة لها نفس الفيزياء مثل الإطارات العادية ، فلن تكون هناك حاجة إلى قوة لتسريع الأشياء.

بالنسبة للأرض التي تدور حول الشمس والعكس صحيح ، نعم ، من الممكن وصف حركية الموقف بالقول إن الأرض ثابتة. ومع ذلك ، عند القيام بذلك ، فإنك لم تعد تعمل في إطار بالقصور الذاتي. لا تتوافق قوانين نيوتن مع الأرض ثابتة.

تم إثبات ذلك بشكل كبير بالنسبة لدوران الأرض حول محورها بواسطة بندول فوكالت ، والذي أظهر تسارعًا لا يمكن تفسيره للبندول ما لم نأخذ في الاعتبار القوى الوهمية التي يسببها دوران الأرض.

وبالمثل ، إذا اعتقدنا أن الأرض كانت ثابتة والشمس تدور حولها ، فسنكون في حيرة من أمرنا لتفسير حركة الشمس ، لأنها ضخمة للغاية ، ولكن ليس لها قوة كبيرة بما يكفي لجعلها تدور حول الأرض. في الوقت نفسه ، يجب أن تمارس الشمس قوة هائلة على الأرض ، لكن الأرض ، كونها ثابتة ، لا تتحرك - وهو انتهاك آخر لقوانين نيوتن.

لذا ، السبب في أننا نقول أن الأرض تدور حول الشمس هو أنه عندما نفعل ذلك ، يمكننا حساب مدارها باستخدام قوانين نيوتن فقط.

في الواقع ، في إطار القصور الذاتي ، تتحرك الشمس قليلاً بسبب سحب الأرض عليها (وأكثر من ذلك بكثير بسبب كوكب المشتري) ، لذلك لا نقول حقًا أن الشمس ثابتة. نقول إنها تتحرك أقل بكثير من الأرض.

(هذه الإجابة تعيد صياغة رأي لوبوس أعلاه إلى حد كبير ، لكنني كنت قد انتهيت من ذلك كثيرًا عندما نشر ، وأعتقد أن إجاباتنا مختلفة بما يكفي لتكمل بعضها البعض).

نعم ، يمكنك وصف الحركة من أي إطار مرجعي ، بما في ذلك إطار مركزية الأرض ، بافتراض أنك تضيف القوى "الوهمية" المناسبة (الطرد المركزي ، كوريوليس ، وما إلى ذلك).

لكن الخاصية الخاصة للإطار المرجعي المرتبط بالشمس - بتعبير أدق ، مع مركز الكتلة (مركز الكتلة) للنظام الشمسي ، وهو مجرد نصف قطر شمسي بعيدًا عن مركز الشمس - هي أن هذا النظام قصوري. هذا يعني أنه لا توجد قوى طرد مركزي أو قوى قصور أخرى. معادلات الفيزياء لها شكل بسيط بشكل خاص في الإطار المرتبط بالشمس. $ M_1 d ^ 2 / dt ^ 2 vec x = G M_1 M_2 ( vec r_1- vec r_2) / r ^ 3 + dots $ هناك فقط قوى جاذبية بسيطة للمسافة العكسية التربيعية تدخل معادلات التسارع . للإطارات الأخرى ، على سبيل المثال بالنسبة لمركز الأرض ، هناك العديد من المصطلحات "الاصطناعية" الخاصة بالقصور الذاتي / الطرد المركزي على الجانب الأيمن والتي يمكن التخلص منها بالذهاب إلى الإطار الشمسي الأكثر طبيعية. بهذا المعنى ، فإن إطار مركزية الشمس أكثر صحة.

كان هذا تعليقًا على إجابة Luboš Motl ، لكنه سيكون أكثر ملاءمة كإجابة كاملة الآن.

تقول إجابته: يمكن كتابة قوانين الفيزياء بشكل أكثر بساطة لمركز كتلة النظام الشمسي (مركز الكتلة) منه لنقطة على الأرض (مركزية الأرض).

فقط شئ واحد! لا يجب إهمال عدم مثالية مركز الباريز نفسه ، الذي له موقع في مجرة ​​درب التبانة يجعله متحيزًا جاذبيًا على الأقل. على السطح ، هذا هو تقسيم الشعر ، لكن النقطة الأكبر هي ذلك مثالية أي إطار مرجعي نسبي أيضًا، ولا يوجد إطار "نهائي".

وبالمثل ، فإن اختيار نقطة على جلد فيل على نقطة مركزية الأرض يضحي بالعالمية بقدر اختيار نقطة مركزية الأرض على مركز الباري. لكن بالنسبة للفرار ، فإن دراسة الفيزياء التي تتم صياغتها في نقطة ما وراء سطح الفيل قد تكون "أكاديمية" فقط. تبدو مألوفة؟

قد يكون هناك ارتباك: من الخطأ القول أن الأرض هي مركز الكون، أي النقطة (الفريدة) التي سيتم من خلالها وصف الكون (بشكل أساسي) (حقيقة أن الشمس تدور حول الأرض ليست سوى نتيجة لذلك) ما يهم في الواقع هو أنه لا يوجد مركز للكون : لا توجد نقطة من هذا القبيل ، فإن وصف الكون من أي نقطة يعادل وصف الكون من أي نقطة أخرى (ثم يُسمح لك بوصف الحركات إما من الأرض أو من الشمس).

رياضيا ، في الميكانيكا الكلاسيكية ، يُقال إن الكون هو نسيب الفضاء.

نعم ، الطرح: "الشمس تتحرك حول الأرض" جعلت الأرض ثابتة. كان هذا مناسبًا لاهوت العصر الذي كان أنثروبوسنتري تمامًا ولهذا السبب ساد على النظريات الأخرى القادمة من العصور القديمة ، مثل أريستارخوس ، الذي كان لديه اقتراح مركزية الشمس.

تم استكشاف نسبية الحركة ، كما يصفها لوبوس ، عندما يمكن تدوين المعادلات ، ويختار المرء مركزية الشمس لجمالها وبساطتها. توجد التدويرات إذا رسم المرء الحلول في نظام مركزية الأرض ، لكنها مرهقة جدًا و "قبيحة" باعتبارها اختصارًا للفيزياء.

يتحرك كل من الشمس والأرض في دوائر حول مركز الكتلة ، أي مركز الكتلة.

الحيلة هي أنه نظرًا لأن الشمس ضخمة جدًا ، فإن مركز الكتلة قريب جدًا من الشمس ، في الواقع تحت سطح الشمس ، مما يجعل حركة الشمس لا تذكر. ونقول أن الأرض تتحرك حول الشمس.

الشمس والقمر والأرض (وما إلى ذلك) كلها تتحرك حول بعضها البعض.

السبب في أننا نقول إن الأرض تتحرك حول الشمس هو أن التأثيرات تكون أكثر وضوحًا على نطاق واسع ، ويسهل التنبؤ بها بدقة معقولة. نعم ، من الأصح القول إن كل الحركات نسبية ، لكن الأمر يصبح أكثر تعقيدًا إذا كنت تتحدث إلى شخص عادي.

لا بد لي من استغلال هذا كفرصة لتكرار قصة رائعة عن الفيلسوف فيتجنشتاين ، رواها تلميذه إليزابيث أنسكومب:

استقبلني [فيتجنشتاين] ذات مرة بالسؤال: "لماذا يقول الناس أنه من الطبيعي أن يعتقد الناس أن الشمس تدور حول الأرض بدلاً من أن الأرض تدور حول محورها؟" أجبته: أظن أن الشمس بدت كأن الشمس تدور حول الأرض. سأل: "حسنًا ، كيف كان سيبدو إذا بدت الأرض كما لو كانت الأرض تدور حول محورها؟"

لكن ماذا عن الفيزياء؟ من حيث النظريات الفيزيائية الفعلية ، هل تدور الشمس حقًا حول الأرض ، أم أنها تفعل ذلك فقط لأننا نراها من الإطار المرجعي الدوار للأرض؟

يمكن تمييز الإطار الدوار عن إطار غير دوار ، دون الإشارة إلى أي شيء خارجي. هذا صحيح في كل من ميكانيكا نيوتن والنسبية الخاصة والعامة. هناك طرق مختلفة لمعرفة ما إذا كنت في إطار دوار ، بما في ذلك بندول فوكو ، أو جيروسكوب ميكانيكي ، أو جيروسكوب حلقي بالليزر من النوع المستخدم في الطائرات التجارية. يعود تاريخ بندول فوكو كدليل على دوران الأرض إلى حوالي عام 1850. (قبل ذلك بوقت طويل ، أصبحت مركزية الشمس مقبولة بين علماء الفيزياء لأسباب أقل تحديدًا ، مثل حقيقة أن قوانين كبلر لها شكل بسيط في إطار مركزية الشمس). كمثال نسبي ، تطلب تحليل اختبار هافيل-كيتنغ الشهير للنسبية العامة إدخال ثلاثة تأثيرات: تمدد زمن الجاذبية الحركية ، وتمدد زمن الجاذبية وتأثير سانياك ، وهو حساس لدوران الأرض.

هناك نظريات أخرى لا يمكنك فيها اكتشاف دوران الإطار إلا بالنسبة للمادة البعيدة ، على سبيل المثال ، جاذبية برانس-ديك. الورقة الأصلية الخاصة بالجاذبية B-D متاحة على الإنترنت http://loyno.edu/

brans / ST-history / ويمكن قراءته بسهولة حتى لو لم تكن متخصصًا. يمكن بعد ذلك تفسير النتائج الإيجابية من التقنيات المذكورة أعلاه ليس كدليل على الدوران المطلق ولكن كدليل على الدوران بالنسبة إلى المجرات البعيدة. لكن جاذبية B-D لم تعد قابلة للتطبيق بناءً على اختبارات النظام الشمسي التي يعود تاريخها إلى السبعينيات. لذا ، إذا كنت ترغب في ذلك ، يمكنك القول إن نظام جاليليو أثبت أخيرًا أنه على حق في السبعينيات.

إجابة متأخرة جدًا ، آمل أن تضيف إلى الإجابات الممتازة لمارك ولوبوش.

من منظور ميكانيكا نيوتن ، لا حرج في حد ذاته باستخدام وجهة نظر مركزية الأرض. تتطلب وجهة النظر هذه إضافة قوى خيالية وعزم دوران من شأنها أن تكون غير موجودة في منظور القصور الذاتي ، ولكن إذا كان من المنطقي القيام بذلك ، فلا بأس بذلك. بعد قولي هذا ، هناك اختلاف كبير بين اختيار استخدام منظور مركزية الأرض عندما يكون القيام بذلك منطقيًا مثل التنبؤ بالطقس مقارنة بالتفويض غير العلمي الآن والذي يجب على المرء دائمًا استخدام منظور مركزية الأرض. هناك تفسير جيد لتلك القوى وعزم الدوران الوهمية التي تنتج عن اختيار استخدام منظور مركزية الأرض: إنها خيال ناتج عن هذا الاختيار للمنظور. وبدلاً من ذلك ، سيجعل هذا التفويض ، بطريقة ما ، كل تلك القوى وعزم الدوران الوهمية حقيقية. ما الذي يجعل هذه القوى تحدث ، ولماذا تختفي في العالم عندما نختار أن ننظر إلى الأشياء من منظور مختلف؟

على الرغم من أن منظور مركزية الأرض صحيح من الناحية المفاهيمية من منظور نيوتن ، فإن مفهوم البخل (المعروف أيضًا باسم البساطة ، ويعرف أيضًا باسم أوكام الحلاقة) يقول إنه يجب علينا رفض فكرة العودة إلى وجهة نظر مركزية الأرض (وبالتالي التخلي عن نصف ألف عام من التقدم العلمي ). لعب البخل دورًا مهمًا جدًا في العلوم منذ زمن جاليليو. يفضل العلماء كثيرًا التفسيرات البسيطة على التفسيرات المعقدة. يعد استخدام منظور مركزية الأرض لوصف حركة القمر الخارجي حول كوكب خارج المجموعة الشمسية اقتراحًا مثيرًا للسخرية.

من منظور النسبية العامة ، هناك شيء خاطئ في حد ذاته باستخدام وجهة نظر مركزية الأرض لوصف الكون بأكمله. في حين أن أنظمة الإحداثيات عالمية في ميكانيكا نيوتن ، فهي محلية في النسبية العامة. أنظمة الإحداثيات هي مخططات بيانية محلية للزمكان الريماني في النسبية العامة. ليس لديهم مدى عالمي. إن منظور مركزية الأرض المفروض لا معنى له من حيث النسبية العامة.

يوجد الأدلة التجريبية للحركة المطلقة للأرض حول الشمس. هناك تباين ثنائي القطب في المقاييس الدقيقة لدرجة حرارة الإشعاع الخلفية المعروف من تحليل مقاييس القمر الصناعي COBE ، في أوائل التسعينيات. انظر على سبيل المثال هذه الورقة.

من أجل إجراء التصحيحات المناسبة ، بحيث "يبدو" إشعاع الخلفية الكونية متناحياً ، يجب حساب السرعة المطلقة للمجموعة المحلية مقابل إشعاع الخلفية الكونية ، لكن هذا التصحيح يعتمد على شهر من السنة ، لأن يأتي جزء من التصحيح من السرعة المدارية للأرض حول المركز الباري للنظام الشمسي (من بين مصطلحات أخرى).

هذا الجزء الصغير من التصحيحات المطلوبة هو بالضبط ما تتوقعه إذا افترضت أن الأرض هي التي تدور حول الشمس ، وليس العكس.

(تباين الخلفية الكونية ثنائي القطب ، صورة من map.gsfc.nasa.gov)

فيما يلي مقتطف من ملخص الورقة المقتبسة:

نقدم تحديدًا لسعة واتجاه ثنائي القطب لخلفية الميكروويف الكونية من مقاييس إشعاع الميكروويف التفاضلية COBE (DMR) في السنة الأولى من البيانات (.) السرعة الضمنية للمجموعة المحلية فيما يتعلق بإطار بقية CMB هي $ v_= 627 pm 22 km s ^ <-1> $ نحو (.). قام DMR أيضًا بتعيين التباين ثنائي القطب الناتج عن الحركة المدارية للأرض حول مركز barycenter للنظام الشمسي ، مما أدى إلى قياس درجة حرارة CMB أحادية القطب (.) $ T_0 = 2.75 pm 0.05 K $

هذا لا يعني أن هناك إطارًا مرجعيًا مطلقًا في الكون. سيكتشف مراقبون قادمون آخرون تباين ثنائي القطب آخر. يختلف سطح التشتت الأخير ، وكذلك الآفاق الكونية باختلاف المراقبين القادمين. لكنه مع ذلك يثبت أن الأرض تدور حول الشمس وليس العكس. منذ التسعينيات ، لم تعد هذه قضية فلسفية: نحن يتحركون بالتأكيد ، بالتأكيد ، ورائع ، حول الشمس.

نظرًا لأنه سؤال متكرر ، أفضل أن أضيف إجابتي هنا بدلاً من الأسئلة الأحدث.

آمل أن أتمكن من توضيح بعض النقاط التي لم تكن مركزة بشكل جيد في بعض الإجابات السابقة.

الوصف الحركي

بمجرد اختيار أي إطار مرجعي نحبه (لا يهم هنا ما إذا كان قصورًا ذاتيًا أم لا) ولدينا وصف لمسارات أجسام N ، على سبيل المثال N ناقلات $ < bf r> _i (t) $ ، يمكننا دائمًا استخدام إطار مرجعي يتمحور حول أحد الجثث ، كما يقول أ-الثالث ، ببساطة عن طريق طرح متجه الموضع للجسم المختار إلى أي متجه موضع آخر. لذلك ، في هذا الإطار المرجعي الجديد ، ستكون مسارات النظام الأصلي للهيئات N: $ < bf r> ^ < prime> _i (t) = < bf r> _i (t) - < bf r> _في).

[1] $ من الواضح أنه في هذا الإطار الجديد $ < bf r> ^ < prime> _a (t) = 0 $ عن طريق البناء ، أي أ- الجسد في راحة إلى الأبد.

مثال على هذا التحول للإحداثيات هو تغيير الإطار المرجعي المطلوب إذا أردنا العثور على الوصف المناسب للنظام الشمسي كما يراه مراقب على الأرض ، بدءًا من المسارات في الإطار المرجعي (بالقصور الذاتي) حيث مركز الكتلة من النظام الشمسي في حالة راحة. تنويه أن المراقب الساكن على سطح الأرض لا يترجم فقط مع الكوكب ، فيما يتعلق بمركز الكتلة ، ولكنه أيضًا يدور ، وبالتالي فإن التحول الفعلي سيكون أكثر تعقيدًا من eqn. [$ 1 $]. ومع ذلك ، يمكننا تجاهل الحاجة إلى دوران إضافي لمتجهاتنا إذا قصرنا اعتباراتنا على الأطر المرجعية التي لا تدور نسبيًا للإطار الأصلي.

في هذه المرحلة ، يجب أن يكون واضحًا أنه لا حرج في وصف حركة أجسام النظام الشمسي من الأرض. إنه مجرد واحد من الخيارات الممكنة اللانهائية لأصل الإطار المرجعي ، وهو على الأرجح الأكثر فائدة لمراقبي الأرض. له نفس الحق في استخدامه كإطار مرجعي مثبت على سيارة متحركة لوصف ما يراه الركاب.

ومع ذلك ، فإن إمكانية تغيير وجهة النظر لا تعني أن الاختيارات المختلفة ستوفر نفس الوصف للمسارات في نظام N-body. من المثير للاهتمام تمامًا ، إذا بدأنا من إطار مرجعي حيث يكون الجسم $ a $ في حالة راحة ، أي $ < bf r> _a (t) = 0 $ ، حيث يوجد جسم ثانٍ ب يتحرك وفقًا لـ $ < bf r> _b (t) $ ، وننتقل إلى إطار مرجعي جديد قائم على على الجسم $ b $ ، في جسم النظام الجديد ، سيتم وصف $ a $ بواسطة المتجه $ < bf r> ^ < prime> _a (t) = - < bf r> _b (t) $. هذا يعني أن حركة $ a $ كما يراها $ b $ أو حركة $ b $ كما يراها $ a $ تختلف فقط عن طريق الانعكاس ، وبالتالي فإنهما لهما نفس الوصف التركيبي.

ماذا عن تطبيق الاعتبارات المذكورة أعلاه على نظام الأرض والشمس؟ في حالة نظام الجسمين ، تكون الأمور بسيطة للغاية. شكل مسار الأرض كما يُرى من الشمس أو شكل الشمس كما يُرى من الأرض هو نفسه. بالإضافة إلى ذلك ، نظرًا لأن مركز كتلة نظام الشمس والأرض يقع داخل الشمس ، فإن مسار الأرض كما يُرى من الشمس يتطابق تقريبًا مع نفس المدار كما هو موصوف من مركز الكتلة.

في الشكلين التاليين ، قمت برسم مدار الجسمين في الإطار المرجعي لمركز الكتلة

وفي الإطار المرجعي للأرض (غير الدورية). وحدات المسافة هي ملايين الكيلومترات.

تتغير الأشياء كثيرًا عندما نصف حركة أجسام النظام الشمسي الأخرى. يظهر المخططان التاليان حركة الشمس والزهرة والأرض والمريخ والمشتري ، كما تُرى من مركز كتلة النظام أو من الأرض (غير الدورية).

حتى في هذا المستوى الحركي ، فإن البساطة الأكبر للوصف في مركز إطار الكتلة واضحة. ومع ذلك ، أود أن أؤكد مرة أخرى أنه لا يوجد خطأ في هذا الوصف. إنه الأقرب إلى ما نحصل عليه من الملاحظات الأرضية.

وصف ديناميكي

من وجهة نظر حل مشكلة ديناميكيات نيوتن ، نعلم جميعًا أن مركز الإطار المرجعي الشامل لنظام N-body مناسب. نظرًا لأنه إطار بالقصور الذاتي ، يمكننا استخدام قانون نيوتن $ < bf F> = m < bf a> $ فيما يتعلق بقانون قوة الجاذبية لنيوتن ، دون الحاجة إلى إدخال قوى قصور إضافية.

لاحظ أنه بمجرد كتابة مجموعة المعادلات التفاضلية للحركة لمسألة الجاذبية N- الجسم: $ < bf a> _i = G sum_ m_j frac <(< bf r> _j - < bf r> _i)> < left | < bf r> _j - < bf r> _i right | ^ 3> $ الكتابة تافهة أشارت معادلات الحركة إلى body $ a $: $ < bf a '> _ = G sum_ m_j frac <(< bf r '> _ j - < bf r'> _ i)> < left | < bf r '> _ j - < bf r'> _ i right | ^ 3> - G مجموع_ m_j frac <(< bf r '> _ j - < bf r'> _ a)> < left | < bf r '> _ j - < bf r'> _ a right | ^ 3>

[2] $ حيث $ < bf r '> _ i = < bf r> _i - < bf r> _a $ و $ < bf a'> _ i = < bf a> _i - < bf a> _a = frac << mathrm d> ^ 2 (< bf r> _i - < bf r> _a)> << mathrm d> t ^ 2>. هناك شيئان مثيران للاهتمام يجب ملاحظتهما في eqn. 2 ، يمكن أن تساعد الأولى في توضيح بعض العبارات الواردة في إجابات أخرى:


أساسيات الفيزياء 1 (221)

توفر الفيزياء الكلاسيكية إطارًا لعمل تنبؤات كمية ، وتفسيرًا للظواهر التي قد تبدو محيرة. إن ملاحظة جاليليو بأن كل شيء يسقط بالطريقة نفسها ، بغض النظر عن مقدارها أو حتى ما هو مصنوع منها ، هي مثال على ذلك. يقودنا إلى التساؤل ، ما هي "الحالة الطبيعية للأشياء" ، ولماذا توجد حركة ، ولماذا وكيف تتغير؟

اقترح نيوتن ثلاثة قوانين ، أو لنقل ثلاثة عبارات ، تعطينا إجابات من نوع ما (وتثير أسئلة خاصة بها!). تقول معظم كتب الفيزياء الأساسية أنه عليك تعلمها ، ها هم.

1. تبقى الأجسام في حالة سكون ، والأجسام المتحركة تبقى في حالة حركة بسرعة ثابتة في الاتجاه والحجم ، ما لم يتم العمل عليها بقوة.

2. جسم ذو كتلة (M ) ، يخضع لقوة ( vec) ، يغير حركته مع التسارع ( vec ) استجابة للقوة حيث

3. لكل قوة مطبقة بين جسمين هناك قوة رد فعل متساوية ومعاكسة.

في الواقع ، يجسد قانون نيوتن الثاني القانونين الآخرين ، لكن الثلاثة يصفون كيف تعمل الطبيعة في الفيزياء الكلاسيكية. دعونا نلقي نظرة عليها ، ثم نتوقف عن القانون الثاني ونتعلم كيفية استخدامه.

ينص القانون الأول في الواقع على أن الحالة الطبيعية للأشياء هي أن تستمر في أي حركة لديها. إذا لم يفعلوا ذلك ، فهناك قوة غيرت تلك الحركة. كما كتب نيوتن نفسه هنا باللغة الإنجليزية الحديثة (لغة العلوم الدولية الحالية) ، بينما كتب كتابه Principia باللغة اللاتينية:

يبقى كل جسد في حالة راحة أو يتحرك بشكل موحد على مسار مستقيم ، إلا عندما تتغير حالته بواسطة قوة مطبقة.

إنه تناقض في تجربتنا ، حيث نعلم أن الأشياء تبدو وكأنها تتباطأ مهما حدث. اركب دراجة ، وتوقف عن استخدام الدواسة ، وسيتوقف الأمر. رمي الكرة ، تبحر لبعض الوقت ، تتدحرج على الأرض ، قد يعيدها كلبك ، وفي النهاية ، حتمًا ، يبدو أنها سترتاح. يقول قانون نيوتن الأول إن السبب هو أن هناك "قوى" تعمل على الأشياء ، وأنه بدون هذه القوى يستمرون في الاستمرار. في عالمنا اليومي لدينا قوى الاحتكاك ، ومقاومة الهواء ، والاحتكاك في المحامل ، والاحتكاك حيث تنزلق الأسطح ، وتلك الأشياء تبطئ وتؤدي في النهاية إلى توقف الحركة. يشرح نيوتن هذا في قانونه الثاني ، كما سنرى.

قامت القطط بتجارب مكثفة مع الفيزياء النيوتونية ، وخاصة القانون الأول.

لذا ، في الفضاء ، لا هواء ولا احتكاك ، ابدأ شيئًا ما يتحرك وسيستمر.

قانون نيوتن الأول في محطة الفضاء الدولية

تبدو الفكرة بسيطة بما يكفي ، لكن ماذا يحدث عندما أحاول تجربة وأنا أسرع (فيما يتعلق بالكون) ، أي ماذا لو كان إطاري المرجعي لا يتحرك بسرعة ثابتة؟ في هذه الحالة ، سأرى الأشياء تتسارع للخلف على ما يبدو بدون قوة واضحة. لن يعمل قانون نيوتن الأول.

تلك الأشياء التي تتحرك في خط مستقيم بسرعة موحدة (والتي يمكن أن تكون صفرًا) تستمر في السير على طول هذا الخط بهذه السرعة "القصور الذاتي" ، والإطار المرجعي الذي يكون فيه هذا صحيحًا يسمى الإطار المرجعي بالقصور الذاتي. الإطار المرجعي المثالي بالقصور الذاتي هو الكون بأكمله ، في المتوسط. لتغيير الحركة فيما يتعلق بكل شيء آخر ، لإنشاء تسارع ، يجب أن تكون هناك قوة تؤثر على الجسم.

وهكذا يتم تقليل سلوك الأجسام المتحركة إلى (أ) ، وإيجاد الإطار المرجعي الصحيح ، (ب) تحديد القوى ، و (ج) حساب التسارع الناتج أو التغيير في السرعة.

يخبرنا هذا القانون الأول من قوانين نيوتن ، وهو حقًا قانون القصور الذاتي ، أنه يتعين علينا استخدام إطارات مرجعية خاصة "بالقصور الذاتي". لحسن الحظ ، على الرغم من أن الأرض تسير على مسار منحني في مدارها حول الشمس وتدور حول محورها بينما نقوم على سطحها بإجراء تجارب فيزيائية ، إلا أنه تقدير تقريبي جيد أن إطارًا مرجعيًا جيدًا محليًا مثبت على سطح الأرض حيث نحن . عندما تكون هناك استثناءات ، علينا أن نتحرك ونأخذ نظرة أوسع لفهم ما يحدث ، أو لابتكار قوة غير حقيقية.

أحد الأمثلة التي تواجهها كثيرًا على الطريق السريع هو ما يحدث عندما تقود سيارتك بسرعة 80 كم / ساعة ، وفجأة ، يقوم شخص ما بالفرملة من أجل غزال يندفع عبر الطريق. أنت مكابح أيضًا ، لتجنب الاصطدام بالسيارة البطيئة التي أمامك ، في حين أن الغزلان يهرب بأمان إلى الغابة (نأمل). يبدو أنك قد تم دفعك للأمام فيما يتعلق بالسيارة. يبدو الأمر كما لو أن هناك قوة تسحبك ، بينما في الحقيقة تبطئ السيارة بينما تستمر في المضي قدمًا بنفس السرعة التي كانت لديك. ينص قانون نيوتن الأول على أنه ما لم يكن لديك حزام أمان أو وسادة هوائية تستخدم قوة لإبطائك ، فسوف تصطدم بمقصورة السيارة. الإطار المرجعي بالقصور الذاتي الذي يصف هذا هو الإطار الثابت بالنسبة للطريق السريع.

ينص القانون الثاني على أنه في الإطار المرجعي بالقصور الذاتي لن يكون هناك تسارع إذا لم تكن هناك قوة (هذا في الواقع هو القانون الأول نتيجة للقوة الثانية). إذا كانت هناك قوة ، فإن سرعة الجسم الذي يتم تطبيق القوة عليه ستتغير بالتناسب مع القوة ،

حيث "F" و "A" نواقل ، أي أن لديهم اتجاه بالإضافة إلى الحجم. لهذا السبب عندما نكون حريصين على التدوين ، قد نضع سهمًا فوق الرمز ( vec) لإعلامنا بأن له اتجاه أيضًا. بدلاً من ذلك ، في الكتب قد يكون مجرد الكتابة بالخط العريض كافياً ، مثل F، أو أ.

  • كلما زادت القوة ، زادت التسارع.
  • العجلة لها نفس اتجاه القوة.

التناسب بين هذه الكميات المتجهية هو "كتلة" الجسم ، وبما أنه يتم تحديدها من خلال "القصور الذاتي" للكائن ، فإن أفضل تسمية لهذه الكتلة هي "كتلة القصور الذاتي". إنه مقياس لمقدار المادة الموجودة في الكائن. كما تعلم من التجربة ، كلما زادت المادة ، زادت القوة المطلوبة لتغيير حركتها. لاحظ كيف تظهر الكتلة مع التغير في السرعة. ناتج الكتلة والسرعة يسمى "الزخم" ، وهو أيضًا متجه. هنا كمرجع:

ومع ذلك ، فإن التسارع هو معدل تغير السرعة. نستخدم ( Delta ) لتعني "التغيير في" ومعها

وبهذا يكون لدينا طريقة أخرى لبيان القانون الثاني من حيث الزخم بدلاً من التسارع

القوة تساوي معدل تغير الزخم. في حالة عدم وجود قوة خارجية ، لا يتغير الزخم. إن مفهوم الزخم مهم للغاية ، وسوف نقضي أسبوعًا عليه لاحقًا في الدورة.

وصف نيوتن قانونه الثاني باستخدام فكرة الزخم التي أطلق عليها في ذلك الوقت ببساطة "الحركة". مع قليل من التعديل من أجل الوضوح قال:

دائمًا ما يتناسب تغيير الحركة مع القوة ويكون في الاتجاه الذي يتم تطبيق هذه القوة فيه.

قانون نيوتن الثاني في محطة الفضاء الدولية

غالبًا ما يُذكر أنه لكل فعل رد فعل متساوٍ ومعاكس ، ينطبق القانون الثالث حقًا فقط بين كائنين يتفاعلان مع بعضهما البعض وليس مع أي شيء آخر. إليكم كيف صاغها نيوتن ، (تُرجمت من اللاتينية إلى لغتنا الإنجليزية):

يوجد دائمًا رد فعل متعارض ومتساوي لكل فعل: أو أن الأفعال المتبادلة لجسدين على بعضهما البعض دائمًا متساوية وموجهة إلى أجزاء متناقضة.

هذا يعني أن الكائن ب1 يمارس قوة على الجسم ب2، ثم يحدث العكس أيضًا: الكائن ب2 يمارس وقوة مساوية ومعكوسة على ب1. من الأمثلة الكلاسيكية أن يكون هناك شريكان يتزلجان على الجليد. إذا لم يضغطوا على الجليد بزلاجاتهم ، فعندما يضغط الأول على الثاني ، يدفع الثاني للخلف على الأول.

وكانت نتيجة القانون الثالث أن توازن هذه القوى الداخلية. لا يمكن لنظام من جسمين أن يتسارع بشكل متبادل فيما يتعلق بالكون عن طريق دفع أحدهما الآخر. إنهم يمارسون نفس القدر من القوة على بعضهم البعض ، لكن يتم توجيهها بشكل معاكس. وبالتالي ، فإن هذه القوى تؤدي إلى تسارع الأجساد فيما يتعلق ببعضها البعض.


الأطر المرجعية بالقصور الذاتي

هذه الخاصية للأجسام الضخمة لمقاومة التغيرات في حالة حركتها تسمى القصور الذاتي ، وهذا يؤدي إلى مفهوم الأطر المرجعية بالقصور الذاتي. يمكن وصف الإطار المرجعي بالقصور الذاتي على أنه نظام إحداثيات ثلاثي الأبعاد لا يتسارع ولا يدور ، ومع ذلك ، قد يكون في حركة خطية منتظمة فيما يتعلق ببعض الأطر المرجعية بالقصور الذاتي الأخرى. لم يصف نيوتن أبدًا الأطر المرجعية بالقصور الذاتي صراحة ، لكنها نتيجة طبيعية لقانونه الأول للحركة.

عندما نقول أن الجسم في حالة حركة ، قد يتساءل المرء ، في حالة حركة مقارنة بماذا؟ هل يمكنك التقاط كرة بيسبول تسير بسرعة 100 ميل في الساعة بيدك العارية؟ يمكنك ذلك إذا كنت تركب قطارًا يسير بسرعة 100 ميل في الساعة ، وقام شخص ما في ذلك القطار برمي الكرة برفق. يوجد كل من القطار والمسار في إطارات مرجعية خاصة بهما ، وتعتمد سرعة الكرة على الإطار المرجعي بالقصور الذاتي الذي يتم عرضه منه. إذا كنت تقف على المنصة ، وقام أحد الركاب في ذلك القطار برمي الكرة إليك من النافذة ، فلن يكون من الحكمة محاولة الإمساك بها بيدك العارية.


عندما تحاول فهم آليات النظام ، فمن الملائم عادةً اختيار الإحداثيات التي تعكس تناسق النظام. النظام الشمسي متماثل مركزيًا تقريبًا لأن الشمس هي أكبر كتلة فيه ، والإحداثيات التي تعكس هذا التناظر هي إحداثيات قطبية مع الشمس في المركز.

على سبيل المثال في هذه الإحداثيات ، إذا كانت الأرض هي الجسم الوحيد بعيدًا عن الشمس ، فسيكون مدار الأرض (تقريبًا) قطع ناقص. يؤدي وجود الكواكب الأخرى (كوكب المشتري بشكل أساسي) إلى اضطراب في مدار الأرض ، ولكن يمكننا التعامل مع هذا من خلال نظرية الاضطراب بدءًا من المدار الإهليلجي وإضافة الاضطرابات التي تسببها الكواكب الأخرى.

لذا فإن اعتبار الشمس كنقطة مرجعية هو انعكاس لتماثل النظام الشمسي.

كما هو مذكور في الإجابات الأخرى ، إذا كنا نصف المجرة ، فإن الشمس لم تعد أفضل مكان لتحديد أصل نظام الإحداثيات لدينا ، وسنستخدم الإحداثيات القطبية المتمركزة في مركز تناظر المجرة. وبالمثل لوصف حشد مجري نختار الأصل ليكون مركز كتلة العنقود المجري. على المقاييس الأكبر ، يكون الكون متناحًا ومتجانسًا ، لذلك لا يهم أين نضع الأصل.

الأمر كله يتعلق بالسياق الذي تريد تحليل قضية معينة فيه.
إذا كنت تدرس النظام الشمسي ، فإن الأنسب هو اعتبار الشمس مركز النظام.
إذا كنت تدرس مجرة ​​درب التبانة ، فالشمس ليست نقطة مرجعية جيدة ، يجب أن تأخذ مركز المجرة.

وبالمثل ، لتحديد موقع النجوم من مراقب على الأرض ، يتم استخدام "الكرة السماوية" ، وهذا لا يعني العودة إلى نموذج بطليموس.
الأمر كله يتعلق بالنطاق المقصود في تحليل معين.

لماذا لا علاقة لها بالأرض؟

يعبر العلماء بالفعل عن أشياء تتعلق بالأرض ، حيث يكون ذلك منطقيًا. لا أستطيع أن أتخيل محاولة التنبؤ بالطقس أو نموذج الدوران العالمي للغلاف الجوي للأرض من منظور إطار غير دوار مع أصله في مركز النظام الشمسي barycenter. يتعين على علماء الفلك ، على الأقل أولئك الذين يتعاملون مع المعدات المرتبطة بالأرض ، التعبير عن أشياء تتعلق بالأرض الدوارة. إنهم بحاجة إلى معرفة مكان توجيه معداتهم المرتبطة بالأرض ، بعد كل شيء.

لا يمثل علماء الأرصاد الجوية الطقس من وجهة نظر مركزية الأرض فحسب ، بل إنهم يصوغون الطقس من هذا المنظور. هذا يعني أن جميع أنواع القوى الوهمية تنشأ في نماذجهم لأن الأرض تتسارع وتدور. ثيريس حرج في ذلك في حد ذاته، طالما أن المرء يعمل الرياضيات بشكل صحيح. نظرًا لأن أي بديل (على سبيل المثال ، إطار غير دوار) أسوأ من ذلك ، فإن خبراء الأرصاد الجوية يتأكدون من قيامهم بالرياضيات بشكل صحيح.

من ناحية أخرى ، فإن استخدام منظور متمحور حول الأرض وثابت على الأرض لوصف سلوكيات الأجسام البعيدة التي يلاحظها علماء الفلك هو أكثر سخافة من محاولة وصف طقس الأرض من منظور غير دوار قائم على المركز الحجري. إنطباع. من الأسهل بكثير وصف سلوكيات أجسام النظام الشمسي من منظور إطار غير دوار قائم على مركز الباري سنتر. هذا الإطار بالمثل ليس جيدًا لوصف سلوك المجرة ككل.

إن الإطار المرجعي الساكن مع الشمس هو ، بتقريب جيد ، نظام بالقصور الذاتي (أفضل بكثير من إطار سكون مع كوكبنا أو أجسام أخرى في النظام الشمسي ، بشكل أساسي في ضوء كتلة الشمس الأكبر بشكل كبير). الفيزياء في الأطر المرجعية بالقصور الذاتي لها أبسط أشكالها. على سبيل المثال ، توصف حركة الكواكب حول الشمس على طول القطع الناقص مع كون الشمس واحدة من المركز ، مع تقريب جيد. السبب النهائي لهذه الحقيقة (بافتراض الشكل النيوتوني لقانون الجاذبية) هو ما أشرت إليه: إذا كنت أشير إلى إطار مرجعي آخر ، فيجب على المرء أن يشمل ما يسمى ، بمعنى غير مادي ، قوى القصور الذاتي بالإضافة إلى الجاذبية لشرح الحركة المعقدة للكواكب. كل هذا التفكير منطقي إذا تم تجاهل القضايا الكونية حيث تلعب النسبية العامة دورًا حاسمًا ، وبدلاً من ذلك تتبنى النموذج النيوتوني.

يستخدم الأشخاص الذين يدرسون شيئًا ما بشكل عام إطارًا مرجعيًا قريبًا بشكل معقول من الأشياء محل الاهتمام. في حين أنه قد يكون من الممكن نظريًا قياس قامة الرجل من خلال التحديد الدقيق جدًا للمسافة من مركز الأرض إلى قيعان قدميه ، وكذلك المسافة من مركز الأرض إلى قمة رأسه ، وطرح الأول من الثاني ، كلاهما أسهل و أكثر دقة لقياس ارتفاع الجزء العلوي من رأس الشخص بالنسبة للسطح الذي يقف عليه الشخص.

المسافة من الأرض إلى الشمس أكبر بكثير من قطر الأرض لدرجة أنه عند الإبلاغ عن مواقع الأجسام الأرضية ، يكون من المنطقي وصف المواقع بالنسبة للأجسام الأرضية الأخرى. فقط إذا نظر المرء إلى كل شيء على الأرض كنقطة واحدة ، فمن المنطقي استخدام الشمس كنقطة مرجعية. بالعكس ، فإن المسافة بين الشمس وأقرب نجم أكبر بكثير من المسافة بين الشمس والجسم المداري الأكثر بعدًا ، ومن المنطقي فقط استخدام أي نقطة مرجعية خارج النظام الشمسي إذا كانت الشمس وكل شيء. يدور حوله يعتبر نقطة واحدة.

بسبب نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) والتقنيات المماثلة لتحديد مواقع الأجسام الأرضية ، فإن تحديد مكانة الشخص عن طريق قياس المواضع المطلقة للرأس والقدم سيكون عمليًا تقريبًا من منظور فلكي ، ومع ذلك ، محاولة استخدام أي نوع من أنظمة الإحداثيات الشمسية أو المجرية لرسم مواقع الأجسام الأرضية سيكون مثل محاولة استخدام مقياس ضغط لقياس القامة. قد يسمح المقياس بالتحديد التقريبي للارتفاع ، ولكن من المحتمل أن يتجاوز عدم اليقين في قياسات الارتفاع لرأس الشخص وقدميه المسافة بينهما بأوامر من حيث الحجم ، مما يجعل أي تحديدات تتعلق بالمكان بلا معنى.


الإطار المرجعي

قبل بضعة أيام ، أجرينا مناقشات شيقة حول النظرية النسبية الخاصة ، ورسالتها الرئيسية ، وطريقة التفكير ، وجوهر عبقرية أينشتاين ، والتحول النموذجي ، والطرق الجيدة والسيئة في كيفية تقديم النسبية للأطفال والآخرين.

أدخل نيوتن الرياضيات إلى التفكير في الظواهر الفيزيائية بما في ذلك الحركة المتسارعة للأشياء. كانت هذه الرياضيات متوافقة مع الفطرة السليمة وسمحت للناس بالتفكير على أنهم اختزاليون. أعتقد أن معظم الناس الذين يمكنهم نطق "النسبية" يفهمون وجهة النظر هذه.

يتكون العالم من كائنات مختلفة & # 8211 جسيمات ، وأجسام صلبة ، وحقول & # 8211 وهي تخضع لبعض المعادلات التفاضلية مع مرور الوقت كمتغير مستقل. يمكن تدوين هذه المعادلات وحلها واستغلالها. الحدس هو أن العالم يتكون من أشياء كثيرة ، كل منها يعمل بطريقة ما ، ونحن نتعلم كيف تعمل واحدة تلو الأخرى.


لذا قدم نيوتن بعض الاختزالية كأساس للعلم & # 8211 ويمكن تقسيم العالم إلى أشياء وأجزاء تطورت وفقًا لبعض المعادلات التفاضلية. المعادلات التفاضلية صعبة بعض الشيء ومعظم الناس لا يجيدونها & # 8211 لكنهم يفهمون نوعًا ما الحدس الكامن وراءها.


في هذا الإطار بأكمله ، تم افتراض & # 8211 لأنه بدا واضحًا حقًا & # 8211 أن هناك قيمًا موضوعية للكميات ذات الصلة تصف موقع وشكل "الأشياء" التي كانت دالة للوقت (t ) وجميع تم تضمين الكائنات في الفضاء الإقليدي المسطح ثلاثي الأبعاد ( RR ^ 3 ). نسخة من تلك المساحة & # 8211 مع كائنات في بعض المواقع & # 8211 موجودة في كل لحظة من الزمن. لم تكن التفاصيل معروفة منذ البداية ولكن الإطار الأساسي بدا واضحًا إلى الأبد. يمكنك فقط تغيير الشكل الدقيق للمعادلات التفاضلية & # 8211 بما في ذلك القوى & # 8211 ويمكنك إنشاء كائنات أكبر من العناصر الأكثر بدائية (والتي سأصفها لاحقًا على أنها اختراع النظريات "البنائية").

كان من الممكن فهم الكائنات الأولية ولم يكن فهم هذه الأشياء أو "الأشياء" مختلفًا تمامًا عن عمل المخترعين مثل Edison & # 8211 ولهذا السبب قمت بتضمين مخطط المصباح الكهربائي. نظرًا لأن سرعة الضوء مدمجة بإحكام في النسبية الخاصة ، ينتهي الأمر بالعديد من الناس إلى التفكير في أن أينشتاين كان مشابهًا لإديسون. تمامًا مثلما أمسك إديسون بمصباح كهربائي وحسّنه ، لعب أينشتاين مع كائن آخر ، ضوء ، وفهم نظريًا ما يفعله وكيف يتحرك.

لكن هذا درس خاطئ. النسبية الخاصة لا تتعلق بالضوء نفسه. إنه يتعلق بالدور المذهل للسرعة المسماة سرعة الضوء & # 8211 وسرعة الضوء ليست سرعة الضوء فقط. بدلا من ذلك ، هو كذلك أيضا سرعة الضوء بخلاف الأشياء الأخرى.

الضوء هو اسم غير رسمي لبعض الموجات الكهرومغناطيسية & # 8211 أو الفوتونات & # 8211 ولكن سرعة الضوء هي أيضًا سرعة موجات الجاذبية & # 8211 والجرافيتون & # 8211 ، ومن حيث المبدأ ، أشياء أخرى (أعتقد أن الفوتونات و الجرافيتونات هي الجسيمات الوحيدة عديمة الكتلة في الطبيعة و # 8211 الغلوونات عديمة الكتلة أيضًا لكنها محصورة). حسنًا ، إنها السرعة التي تتحرك بها جميع الأجسام عديمة الكتلة وقد تقترب جميع الأجسام الضخمة بشكل عشوائي من الأسفل. السرعة (v ) والطاقة (E ) وكتلة الراحة (m_0 ) تخضع: [

] بالنسبة للأجسام عديمة الكتلة مثل الفوتونات والجرافيتونات ، (m_0 = 0 ) ويكون الجانب الأيسر لانهائي كلما (E neq 0 ) مما يعني أن الجانب الأيمن يجب أن يكون لانهائيًا أيضًا. هذا هو الحال عندما (v = c ). الأشياء عديمة الكتلة يجب أن تتحرك بسرعة الضوء. من ناحية أخرى ، عندما (m_0 gt 0 ) ، قد تكون النسبة (E / m_0 c ^ 2 ) مرتفعة أيضًا بشكل تعسفي إذا قمت بضخ الطاقة الحركية. ثم يرتفع (v ) ويقترب من (v إلى c ) من الأسفل & # 8211 لكنه لا يمكنه الوصول إليه تمامًا ، ناهيك عن تجاوزه.

أولئك الذين يفهمون هذه الأشياء الأساسية إلى حد ما يعرفون أن النسبية الخاصة لا تتعلق حصريًا بالضوء. إنه حقًا يتعلق بالمكان والزمان & # 8211 اللذين يجب توحيدهما في الزمكان. يؤثر المكان والزمان والزمكان على كل شيء يمكن أن يعيش أو يتحرك بداخلهم & # 8211 وهو ما يعني حقًا كل شيء (بالإضافة إلى كل شيء) في حياتنا الحقيقية.

المسلمات تصبح "البداية" وليس "النهاية"

  1. قوانين الفيزياء لها نفس الشكل في جميع إطارات القصور الذاتي (التي تتحرك بسرعة ثابتة نسبيًا مع بعضها البعض)
  2. تقاس سرعة الضوء لتكون ثابتة ، (c = 299،792،458 ، < rm · m / s> ) ، في جميع الإطارات بالقصور الذاتي

إذا فسرت هذا البيان بطريقة قوية & # 8211 بحيث لا يمكن أن يساعدك قياس الضوء الخارج في تحديد سرعة القطار & # 8211 ، فإن الافتراض الثاني يتبع من الأول كمثال خاص.

في فيزياء نيوتن ، كان الافتراض الأول (مبدأ النسبية) صحيحًا & # 8211 لأن ميكانيكا نيوتن احترمت ما يسمى النسبية الجليل.يمكنك تغيير جميع سرعات جميع الكائنات بواسطة ( vec V ) ، بثابت: [

vec v_i to vec v_i + vec V.

] وكل شيء خضع لقوانين الفيزياء مثلما كان من قبل. يتوافق التحول الجمعي البسيط لجميع السرعات مع تغيير بسيط في نقطة الأفضلية & # 8211 إذا بدت الأشياء وكأنها تمتثل لقوانين الفيزياء في إطار واحد بالقصور الذاتي ، كان عليها أن تمتثل لقوانين الفيزياء في إطار آخر أيضًا.

ومع ذلك ، افترض نيوتن أن الضوء يتكون من جسيمات ، مجعدات ، عندما تم تبديل الإطار بالقصور الذاتي ، كان على هذه الجسيمات تغيير سرعتها بشكل إضافي أيضًا. لذلك إذا انبعث الضوء من مصدر ليكون له سرعة (| vec v _ < rm light> | = c ) ، فيجب أن تبدو السرعة مختلفة في الإطارات المرجعية العامة الأخرى. (حتى أولئك الذين اعتقدوا أن الضوء يتكون من موجات اعتقدوا أن سرعة تلك الموجات بدت مختلفة بالنسبة للمراقبين أثناء الحركة).

حسنًا ، لم يلمس التحول الجليل البسيط الوقت على الإطلاق ، (t to t ). أنت تعلم أنه تم استبدال مجموعة Galilean بمجموعة Lorentz (SO (3،1) ) أو مجموعة Poincaré & # 8211 التي تسمح أيضًا بترجمة الزمكان. مجموعة الجليل هي "انكماش" لمجموعة لورنتز ومجموعة لورينتز "تشويه" لمجموعة الجليل.

أعتقد أن الأشخاص الذين تعرضوا بشكل كافٍ للنسبية & # 8211 على الأقل بضع ساعات ناجحة ، إذا حاولت تحديدها بطريقة ما & # 8211 يفهمون هذه العبارات حول نظرية المجموعة. توجد بعض مجموعات لورينتز التي تمزج بين المكان والزمان ولم يختلط مكان نيوتن وزمانه بهذه الطريقة. لكني أعتقد أنه حتى معظم الناس في العالم الذين قد يزعمون أنهم يفهمون هذا البيان ما زالوا يسيئون فهم النسبية. وهو يتلخص في عنوان منشور المدونة.

تجربتي هي أن معظم الفيزيائيين العاديين والهواة ما زالوا يفكرون في ثبات سرعة الضوء وتحول لورنتز كما هو الحال بالنسبة لبعض الحقائق المشتقة، بعض خصائص الأشياء مثل المصابيح الكهربائية والضوء نفسه. يعتقدون أن الفيزيائيين "يلتقطون الأشياء" ، مثل الضوء ، ينظرون إليها ، ويحددون أن المادة لها بعض الخصائص وتتحرك بحيث تكون متوافقة مع الصيغ النسبية والتماثل.

مع هذا المنظور (الخاطئ) ، تظل افتراضات أينشتاين وتماثل لورينتز غير طبيعية بشكل دائم ومحددة إلى الأبد. يميل هؤلاء الأشخاص إلى التفكير: حتى الآن نجح الأمر ، لكن هذه صدفة حقًا ، وعندما ينظر الفيزيائيون إلى أشياء جديدة أو ينظرون عن كثب ، سيُكتشف أن الصيغ غير دقيقة وسيُرى التناظر على أنه تقريبي. من المحتمل أن ينهار في مرحلة ما.

ولكن ليس هذا هو الاستنتاج الذي توصل إليه أينشتاين & # 8211 أو أي شخص يفهم حقًا الفيزياء الحديثة & # 8211.

في الواقع ، من المحتمل جدًا أن تؤكد جميع اختبارات النسبية الخاصة (داخل إطارات السقوط الحر أو محليًا ، حتى أتخلص من الجاذبية بطريقة ما) نظرية أينشتاين هذه في بقية هذا القرن والقرن التالي والعديد من النظريات الأخرى. . لماذا ا؟ لأن أينشتاين وجد مبادئ جديدة التي يبدو أنها تتفق مع جميع الاختبارات حتى الآن بشكل لا لبس فيه و بدقة لا تصدق، ولكن بداهة بشكل مدهش، وهذا دليل على أن هذه المبادئ كذلك صحيح تماما.

معظم البيانات الكمية عن الطبيعة تقريبية. عندما نقول أن الشمس تبعد 150 مليون كيلومتر ، فليس من المستغرب أن ينتج عن القياس الدقيق رقم مختلف قليلاً & # 8211 في الواقع ، الرقم الصحيح يتأرجح مع الفصول ويعتمد على معالجة الشمس والحجم غير الصفري للأرض أيضًا . في الواقع ، من الجيد توقع بعض هامش الخطأ في معظم هذه العبارات.

ومع ذلك ، في الفيزياء والعلوم ، قد تكون هناك أيضًا بيانات صحيحة بالضبط، بعض المبادئ النهائية ، أو المسلمات ، أو البديهيات ، أو نظريات الطبيعة الأم أو الله. من المفترض أن تكون صحيحة تمامًا & # 8211 تمامًا مثل العقائد الدينية. عندما يؤمن شخص ما بعبارات صحيحة تمامًا ، ألا يعني ذلك أنه متدين & # 8211 وأن ​​ما يدعي أنه علم هو بالتالي نوع من الإيمان أو الدين؟

حسنًا ، ليس بالضرورة. الفارق الحقيقي بين "العقائد العلمية" و "العقائد الدينية" هو أن "العقائد العلمية" قد اجتازت بعض الاختبارات التجريبية التي كانت في البداية غير بديهية. لكن العقائد نجحت. لم تجتاز العقائد الدينية & # 8211 ، مثل عذرية ماري & # 8211 ، الاختبارات التجريبية حقًا ، على الأقل ليس الاختبارات التي يمكنك أنت (عالم مستقل غير راضٍ عن غسل الدماغ من قبل الآخرين) أن تتكاثر في مختبرك ( لا ينبغي أن يكون مختبرك في غرفة نومك لأن اختبار العذرية سيكون سلبيًا على أي حال).

حسنًا ، وجد أينشتاين بعض الافتراضات التي تشير ضمنيًا إلى اختلاط المكان بالوقت وتحولات لورنتز كتناظرات ، وأرادنا أن نصدق أن هذه الادعاءات دقيقة. هل من الجيد أن نؤمن ببعض "العقائد العلمية الجديدة"؟ نعم إنه كذلك. النقطة المهمة هي أن هذه "العقائد الجديدة" ليست إبداعًا جديدًا تمامًا وغير مسبوق. إذا نظرت بعناية ، سترى أنهم مجرد منافسين لـ & # 8211 ولأنهم يعملون بشكل جيد للغاية ، فقد استبدلوا & # 8211 بعض "العقائد العلمية" الأخرى التي كان الناس يؤمنون بها قبل أينشتاين.

وقد صاغ أينشتاين تلك الافتراضات & # 8211 "العقائد العلمية" & # 8211 ويستمد الكثير من الآثار التي لها نفس قيمة الحقيقة والموثوقية & # 8211 "العقائد العلمية المشتقة". هل جعل العلم أكثر استنادًا إلى الإيمان؟ لا على الإطلاق. إنه لأمر رائع حقًا أنه صاغ تلك العقائد والافتراضات الأخرى & # 8211 ونظر في الأدلة التي تخبرنا بشيء عن صحتها (نعم ، تبدو صحيحة) & # 8211 لأنه من الأكثر علميًا توضيح المقترحات بوضوح والحكم عليها بدلاً من ابق صامتًا أو افترض أن كل شيء واضح!

إذا كنت تفكر في النسبية الخاصة بشكل عقلاني ، يجب أن تفهم أن (SO (3،1) ) تم اقتراحه للتو كبديل للمجموعة الجليل ، فقد تم اقتراح الزمكان كبديل للمكان والوقت اللذين لم يختلطا ، أصبحت السرعة الكونية القصوى بديلاً للاعتقاد بأن سرعة كائن ما يمكن أن تزداد دائمًا نحو اللانهاية ، وتحل جميع بيانات النسبية الأخرى محل بعض العبارات غير النسبية. نقطة النسبية الخاصة هي "إصلاح" كل هذه العبارات النوعية & # 8211 ثم يصبح قياس المعلمة الرئيسية ، (ج ) ، مجرد مهمة صغيرة لاحقة للمُجربين.

الحقيقة المضحكة هي أن العديد من هذه العبارات غير النسبية التي تم استبدالها بنظيراتها النسبية لم يتم التعبير عنها بوضوح قبل أينشتاين & # 8211 ولكن تم تصديقها على أي حال. على سبيل المثال ، اكتشف أينشتاين أن ملف تزامن الأحداث نسبي: يعتمد على نظام القصور الذاتي. من الواضح أن هذه "العقيدة" هي بديل للعقيدة غير النسبية المعاكسة: تزامن الأحداث مطلق.

هل قضى الفيزيائيون قبل أينشتاين أيامهم بالصراخ بأن تزامن الأحداث مطلق؟ لم يفعلوا. كان افتراضًا أنهم كانوا يفعلونه طوال الوقت. كل العلم يعتمد عليه كليا. لكن يبدو أنه من الواضح ذلك لم يوضحوا حتى أنهم كانوا يفترضون هذا الافتراض. عندما كانوا يصفون التحول إلى نظام آخر بالقصور الذاتي ، احتاجوا إلى استخدام التحول الجليل وفي تلك اللحظة ، أصبح من الواضح أنهم كانوا يفترضون شيئا ما. لكن الجميع اعتقد بشكل غريزي أنه لا ينبغي لأحد أن يشكك في مثل هذا الافتراض. لا أحد لديه حتى فكرة للتشكيك فيه. ولهذا السبب لم يتمكنوا من إيجاد النسبية قبل أينشتاين.

اكتشف أينشتاين أن بعض هذه الافتراضات كانت خاطئة تمامًا واستبدلها بـ "عقائد علمية جديدة". أكل التفاح في جنة عدن. كان من الممكن مقارنة البدائل المفصلة بوضوح & # 8211 لأينشتاين والسلف الذي كان يعتقد بصمت عن عقائد أينشتاين & # 8211 والتأكد من أن عقائد أينشتاين كانت صحيحة وأن العقائد غير النسبية كانت خاطئة. يصبح الفرق واضحًا حقًا عندما تصبح سرعات الجسم قابلة للمقارنة (أو حتى قريبة جدًا) من سرعة الضوء.

مرة أخرى ، حل أينشتاين محل "العقائد العلمية القديمة" التي بدت واضحة جدًا لدرجة أنه لم تتم مناقشتها حتى من خلال "عقائد علمية جديدة" والتي هي أكثر تجريدية بعض الشيء ، ويجب أن تكون مجردة ، ويمكن إثبات تفوقها تجريبياً. الآن ، إذا كنت عقلانيًا ، سترى أن أينشتاين فاز بوضوح في مباراة ضد نيوتن. لذا ، إذا كنت متأكدًا من معتقدات نيوتن ، فعليك ببساطة استبدالها بمبادئ أينشتاين وأن تكون كذلك بنفس القدر من اليقين بشأنهم كما كنت في السابق حول عقائد نيوتن. من المؤكد أن هذا يحسن فهمك للكون لأن عقائد أينشتاين قد تثبت أنها أفضل بصرامة من عقائد نيوتن! إذا كنت تشكك في افتراضات أينشتاين أكثر بكثير مما تشكك في بديهيات نيوتن ، فهذا يعني أن لديك تفضيلًا غير منطقي للنظريات التي لا يبدو أنها تعمل جيدًا تجريبيًا وهي سيئة.

حسنًا ، وجد أينشتاين المبادئ أو المسلمات أو المسلمات أو العقائد الجديدة الصحيحة. وهذه المنهجية بالذات & # 8211 البحث عن "العقائد الجديدة والأفضل" & # 8211 هي واحدة من أكثر إسهامات أينشتاين العامة في العلوم. يجب على الفيزيائي أن يشكك في الأشياء حقًا لأنه حتى بعض الافتراضات التي تبدو واضحة جدًا لدرجة أنه لا أحد حتى يعبر عنها قد تكون خاطئة ويمكن استبدالها ببدائل أعمق وأكثر دقة. طبقت ثورة ميكانيكا الكم استراتيجية أينشتاين الفلسفية العامة ووجدت شيئًا ما حتى أعمق من النسبية.

كان أينشتاين مدركًا تمامًا لهذا التغيير في المنهجية & # 8211 الذي بدأ به حقًا الفيزياء الحديثة. عندما كنت مراهقًا ، أحببت قراءة كتاب عن مقالاته (Mein Weltbild) عدة مرات. كان متواضعا إلى حد ما بشأن هذا التغيير في المنظور أيضًا. نظرًا للتركيز على "البحث عن البديهيات والاشتقاقات الصحيحة بدءًا من هذه البديهيات" ، فقد اعتبر النسبية "نظرية مبدئية" في الفيزياء. الفئة الأخرى من النظريات الفيزيائية كانت "نظريات بناءة". لقد بدأت معهم بشكل أساسي & # 8211 هو الاختزال حيث تصنع الأشياء من القطع.

في هذا التصنيف ، كانت النسبية مثالًا على نظرية مبدئية لكن أينشتاين أشار إلى أنه لم يكن كذلك حقا أول عالم فيزيائي قام بهذا التغيير في المنظور. فعلت الديناميكا الحرارية ذلك قبل النسبية. مثل النسبية ، تم بناء الديناميكا الحرارية أيضًا حول بعض القوانين الأساسية & # 8211 قوانين الديناميكا الحرارية.

يبدو بسيطًا ومنطقيًا. فقط لتذكيرك ، ينتج الهاتف الدائم من النوع الأول طاقة ولا يتوقف أبدًا عن الحركة المستمرة من النوع الثاني التي تنقل الحرارة تلقائيًا من جسم أكثر برودة إلى جسم أكثر سخونة.

كما هو الحال في النسبية ، يمكن تفسير هذه القوانين الأساسية للديناميكا الحرارية على أنها بديهيات عامة & # 8211 "عقائد علمية" & # 8211 والفيزيائيون مدعوون للتصرف علماء الرياضيات الذين يحاولون استنباط "نظريات" مثيرة للاهتمام من هذه "البديهيات" (والتي يمكن تطبيقها على مواقف أكثر تحديدًا).

حتى في حالة الديناميكا الحرارية ، قد يفشل الشخص "البنائي" للغاية في فهم قوة "المبادئ الصحيحة" والمنهجية القائمة على "العقائد العلمية". حسنًا ، إذا لم تفهم أن المبادئ المذكورة أعلاه عامة بالتأكيد & # 8211 وهناك بعض الأدلة على أنها صحيحة & # 8211 فأنت في خطر قضاء حياتك من خلال محاولة إنشاء الهاتف المحمول الدائم! الرجال الذين أمضوا سنوات في هذا التمرين غير المجدي لا يرون الغابة من خلال الأشجار. إنهم غير قادرين على التفكير من منظور العبارات الكبيرة & # 8211 مثل "العقائد العلمية". عندما يضيفون لبنة بناء جديدة إلى أجهزتهم المرشحة (مقبض معدني ، ماء ، كهرباء ، والكثير من الأشياء الأخرى) ، فإنهم يعتقدون أن لديهم فرصة أكبر للنجاح على الرغم من فشلهم حتى الآن. لا يثبط عزيمتهم لأنهم أعمى عن الحجج السلبية الرئيسية ضد آمالهم & # 8211 وهم أعمى لأن هذه العبارات "كبيرة" جدًا ، و "عامة" جدًا بالنسبة لهم. لا يفهم صانعو الهاتف المحمول الدائم أو لا يصدقون العبارات والمبادئ العامة. إذا أغمضت عينيك وأغفلت القوانين العالمية وبيانات الصورة الكبيرة ، فقد يبدو الهاتف المحمول الدائم وكأنه مسألة صبر.

نعلم على سبيل المثال القانون الأول للديناميكا الحرارية & # 8211 حفظ الطاقة. إنه ينطبق على بعض قوانين الفيزياء (مثل النموذج القياسي) التي يمكن تدوين معادلاتها. لكن الحفاظ على الطاقة لا يعتمد كثيرًا على النموذج القياسي لاغرانج كثيرًا. إنها ليست خاصية مشتقة لقوانين فيزيائية أكثر تفصيلاً وتكوينًا. بدلاً من ذلك ، يجب أن تفكر في النموذج القياسي كمجموعة من المعادلات & # 8211 نظرية من نوع معين & # 8211 تخضع للحفاظ على الطاقة والكثير من المبادئ الأخرى الأقوى.

ماذا يحدث هنا؟ كما وعدتك ، نحن بالفعل نغير نقطة البداية. القطع الصغيرة والكتل النقطية والمعادلات التفاضلية التي "تمتلكها" لم تعد نقطة البداية. بدلاً من ذلك ، تبدأ ببعض المبادئ المختارة جيدًا & # 8211 يجب أن تكون فيزيائيًا جيدًا بما يكفي لإيجاد قوانين الديناميكا الحرارية أو مسلمات النسبية & # 8211 و ومن بعد أنت تخمن المعادلات المجهرية الصحيحة من قائمة المرشحين الذين يلتزمون بالمبادئ. هل يمكنك ان ترى الاختلاف؟ أضاف الآباء المؤسسون للديناميكا الحرارية وألبرت أينشتاين خطوة أساسية في البداية & # 8211 تخمين "العقائد العلمية الجديدة" الصحيحة. ويتبع في الواقع العمل التالي للعلماء بعد أولئك!

هذه الخطوة الإضافية في البداية جعلت عمل علماء الفيزياء النظرية أعمق و اكثر فلسفي. عندما وُلد هذا المنظور المبدئي الجديد ، تم تبديل العديد من علماء الفيزياء النظرية العميقة

افتراضات النسبية ، قوانين الديناميكا الحرارية ، ومبادئ مماثلة أعمق وأبعد مدى من أي بيان معين حول سلوك أي جسيم أولي معين أو كائن آخر. بمعنى ما ، أصبح أينشتاين رئيسًا لجميع الأشخاص الذين قاموا فيما بعد ببناء نظريات المجال النسبية (الكلاسيكية أو الكمومية). كتب قوانين النسبية العامة التي تحدد الإطار العام & # 8211 ما هو مسموح وما هو غير & # 8211 والفيزيائيين البنائية قد يخترعون أو يغيرون "التفاصيل النسبية" فقط.

إنه ليس تشبيهًا مثاليًا ولكن يجب أن أذكره: تم تغيير دور علماء الفيزياء مثل أينشتاين إلى دور الآباء المؤسسين لأمريكا الذين احتاجوا إلى كتابة وفرض بعض الوثائق التأسيسية لإديسون لينجح لاحقًا.

هل فهمت قصدي؟ عندما بدأت الفيزياء الحديثة ، أصبحت الفيزياء أكثر فلسفية. اعتاد الفلاسفة على البحث عن "العقائد الصحيحة" أيضًا باستثناء أنها لم تؤد أبدًا إلى أي شيء قد يكون مفيدًا لفهم الطبيعة. لقد وجد الفيزيائيون الحديثون بالفعل المبادئ العامة التي تنطبق على الطبيعة ويبدو أنها تعمل. الفيزيائيون المعاصرون هم الفلاسفة الوحيدون الناجحون بهذا المعنى بالذات.

ومن المفارقات ، أن الهواة الفيزيائيين الذين يحبون تقديم أنفسهم على أنهم "فلاسفة" و # 8211 "فيلسوف" هم في الأساس فيزيائي يصف نفسه بنفسه ويجهل الفيزياء وفقًا لجميع الفيزيائيين الفعليين ، لذا فإن "الفيلسوف" هو في الأساس مرادف لـ عادة ما يسيء "الكراك" & # 8211 فهم هذه النقطة (أن الفيزياء أصبحت أكثر فلسفية). الكراك التشيكي و "مصلح النسبية" المسمى Jan Fikáček & # 8211 الرئيس السابق لمنسا تشيكوسلوفاكيا & # 8211 هو مثال ممتاز على ذلك.

يحب كل هؤلاء الأشخاص القفز على الفور إلى بعض الجوانب الفنية. إنهم لا يفكرون أبدًا في نقطة البداية بعمق شديد لأنهم يعتقدون أن نقاط البداية الصحيحة واضحة. لكن هذا خاطئ تمامًا. أصبح البحث عن (واختيار) المبادئ الصحيحة التي تحدد القواعد التقريبية للعبة لجميع الأعمال القذرة اللاحقة أهم جزء في الفيزياء النظرية. إنه عمل أراد الفلاسفة القيام به & # 8211 لكن الفيزيائيين المعاصرين فقط هم من يستطيعون القيام به بشكل جيد. و "الفلاسفة" المعاصرون ، أي المجرمون الواثقون من أنفسهم ، هم مجموعة الأشخاص الذين يسيئون فهم الحاجة إلى اختيار المبادئ الصحيحة في الفيزياء.


المكافأة: هناك نقطة ذات صلة أريد أن أثيرها. نشر Brian Greene تعليقًا بريئًا حول المادة المظلمة والجوائز:

ستبقى المادة المظلمة افتراضية حتى نلتقط أخيرًا جسيم المادة المظلمة في أحد الكواشف العديدة التي تبحث عنها في جميع أنحاء العالم. هذا هو موعد تدفق الجوائز. https://t.co/7QVvjsREei

& mdash براين جرين (bgreene) 24 يوليو 2018

اختلف شخص مع ذلك:

ممم. لم أستطع أن أختلف أكثر. يجب أن تكون هناك جائزة نوبل لمنحنيات الدوران المسطحة ، وليس للمادة المظلمة. مثل جائزة نوبل للتوسع المتسارع للكون ، وليس للطاقة المظلمة. يجب أن نفصل جيدًا بين أدلة المراقبة والتفسيرات. https://t.co/lLHwXjOyuX

& mdash Federico Lelli (lellifede) ٢٤ يوليو ٢٠١٨

حسنًا ، لقد قدمت بعض التعليقات حول هذا الموضوع:

إن إبقائهم منفصلين لا يعني مكافأة الملاحظات الطائشة فقط. كانت الاكتشافات التي كان لها بعض المعنى - بعض التفسيرات - أكثر أهمية دائمًا وتم مكافأتها بجوائز. الاكتشاف الذي ليس له آثار واضحة هو اكتشاف ضعيف.

& mdash Luboš Motl (lumidek) 25 يوليو 2018

حتى لو قررت الموافقة على أن أحد هذين التفسرين يتبع مباشرة ، فإنه ليس من السهولة بمكان العثور عليه والأشخاص الذين وجدوا هذين التفسرين المحتملين قد يستحقون شهرة أكبر من أولئك الذين رأوا منحنيات دوران المجرة المسطحة. ومع ذلك ، فإن أحد هذين الأمرين هو الصحيح على الأكثر. -)

& mdash Luboš Motl (lumidek) 25 يوليو 2018

كما تعلم ، يريد بعض الأشخاص الفصل بين النظرية والتجارب ، وكل الأشياء من هذا القبيل. إنه أمر غريب لأن بيت القصيد من المنهج العلمي هو تلك النظريات والتجارب تتفاعل بشكل مكثف مع بعضها البعض. لكن يمكنك أن ترى ما يدفع فيديريكو ليلي ، وبيتر يواكيم ، وأغلبية "النشطاء التجريبيين" المماثلين. إنهم يريدون فقط الثناء على بعض الملاحظات الباهتة والطاعة ، حتى في حالة عدم وجود أي تفسير ، ويقولون إن التفسيرات والنظريات لا تهم.

لكن العلم لا يمكن أن يعمل بهذه الطريقة. التفسيرات القابلة للتطبيق هي في الواقع الهدف الأسمى من التجارب وفقط عندما تظهر تفسيرات قابلة للتطبيق ، تصبح التجارب مهمة وجديرة بالثقة حقًا. بهذا المعنى ، فإن الأشخاص الذين يجدون التفسيرات الصحيحة & # 8211 ربما يكون بعض المنظرين & # 8211 أكثر أهمية وعملهم ضروري لجعل المجربين مهمين أيضًا.

أعطى أحد الحليفين مثالاً جيدًا:

بالضبط ، سيكون المثال الشائع هو شذوذ الرواد.

& mdash Hélvio Vairinhos (hvairinhos) 25 يوليو 2018

كان شذوذ الرواد مجرد قطعة أثرية لبعض الفوضى الآلية. لقد نسيت بالفعل سبب ذلك.إنه معروف ولم يكن هناك فيزياء جديدة وراءه. لكن هذا مثال كتابي لملاحظة مفاجئة بدون تفسير مثير للإعجاب & # 8211 بدون نظرية جديدة تشرح بشكل طبيعي الملاحظة. عندما يكون لديك ملاحظات مفاجئة بدون نظريات جيدة ، فهذا يعني عادةً أن الملاحظة هراء. يجب ألا تصدق بلا تفكير ملاحظات مفاجئة معزولة. إنه جزء من الموقف العلمي تجاه الواقع أنك تدرك أن الكثير من الادعاءات المفاجئة المعزولة قد تكون هراء وفقط عندما يكون هناك بعض التآزر بينها والذي يتوافق مع بعض النظريات ، فقد يتم الوثوق بها حقًا.

الاعتقاد في البيانات التجريبية أو التجريبية المعزولة والمدهشة للغاية هو في الأساس مرادف للاعتقاد في المعجزات و & # 8211 على الرغم من أن "النشطاء التجريبيين" يعتقدون أن مثل هذا الاعتقاد علمي إلى أقصى حد & # 8211 وهو في الواقع غير علمي للغاية.


شاهد الفيديو: خدعونا بأسماء الكواكبشوف من أين جاءت تلك الأسماء التي تعرفها الآنالجزء1. (يونيو 2022).


تعليقات:

  1. Balrajas

    حلق بعيدا

  2. Bealohydig

    تماما يتفق معك. فكرة ممتازة ، وأنا أحتفظ.

  3. Efren

    حسنًا ، في الواقع ، الكثير مما تكتبه ليس هكذا ... حسنًا ، حسنًا ، لا يهم

  4. Bhric

    بدلاً من الانتقاد ، ننصح حل للمشكلة.

  5. Fezuru

    نعم ، يحدث ...



اكتب رسالة