Astronomija

Kateri bi bil najboljši inercijski referenčni okvir za opis objektov v sončnem sistemu (razen barycentra sončnega sistema)?

Kateri bi bil najboljši inercijski referenčni okvir za opis objektov v sončnem sistemu (razen barycentra sončnega sistema)?


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.

Za namen projekta zahtevam, da so komponente, ki opisujejo vztrajnostni okvir, čim bolj neodvisne od teles sončnega sistema. Ker je sam baricenter sončnega sistema določen s položaji in masami teles sončnega sistema, to ne bo dobra izbira.

Razmišljal sem, da bi želeni okvir lahko opisala kakšna bližnja zvezda, ki nima svojih planetov ali samega galaktičnega središča.

Če tak inercijski okvir obstaja, bi rad, da se isti izrazi v heliocentričnih kartezijanskih koordinatah.

Vse pomembne misli bi bile zelo hvaležne!


Kot izvor uporabite začetno središče mase (COM).

Trivialno je pokazati, da se COM zaprtega sistema N-telesa (v Newtonovi fiziki) premika s konstantno hitrostjo. To je razmeroma enostaven sistem za delo in preoblikovanje v druge koordinatne sisteme, kot je heliocentrični, ki ga omenjate, je relativno trivialno v primerjavi z računalništvom sistema 3D N-body z dobro natančnostjo. Nasvet: če vam matematika pretvorbe med koordinatnimi sistemi predstavlja težavo, bo matematika in algoritmi natančne simulacije verjetno veliko slabša. Predlagam, da preizkusite takšno pretvorbeno matematiko kot vajo za ogrevanje in če se s tem počutite, se potopite v simulacijo.

Lahko se pokaže, da se COM premika s konstantno hitrostjo, ker gre za zaprt sistem (ali pa ga lahko obravnavamo kot takega v časovnem okviru, ki ga omenjate), zato je neto sila na COM enaka nič, kar pomeni, da se mora premikati s konstantno hitrostjo.

Če dodate majhno telo, kot je zunajsolarni asteroid, sistem kot celota skorajda ne vpliva. Minutna sprememba. Takšne predmete lahko obravnavate kot posebne primere, pri čemer prezrete njihov učinek na sistem in samo izračunate učinek sistema nanje. Če nameravate dodati zelo velika telesa in videti, kaj se zgodi, jih morate vključiti v splošni sistem do konca simulacije.

Upoštevajte, da obstaja veliko obstoječih simulacij, ki izvajajo široko paleto pristopov. To je težava, ki je bila temeljito preučena in iskanje po spletu bi prineslo nešteto pristopov.

Gibanje Barycentra je zapleteno. Izognil bi se temu zapletu v tem, kar je že gong neurejen matematični sistem za simulacijo.

Vaša glavna prednostna naloga bi morala biti zbiranje natančnih podatkov za začetne izhodiščne vrednosti (netrivialne) in izbira algoritmov. Izbirni ali ordinatni sistem je razmeroma majhen.


Eden od postulatov splošne relativnosti je, da ni absolutnega referenčnega okvira. Je nekako pomemben in velja za enega od standardov katere koli druge teorije.

Hitrost svetlobe je v vseh referenčnih okvirih vedno stalnica, vendar referenčnega okvira ne določa. Obstaja lahka transformacija stožca, vendar je to nekoliko zapletena tema iz relativnosti in ne spremeni odgovora.

Niso pa vsi referenčni okviri enaki. Obstaja poseben razred teh, ki so vztrajnostni. Pogosto je priročno izbrati inercijski referenčni okvir, saj je z njimi veliko lažje ravnati. V inercijskem referenčnem okviru sta energija in zagon naravno ohranjena, Newtonovi zakoni gibanja pa ne potrebujejo dodajanja fiktivnih sil. Če imate opravka z relativnostjo, potrebujete v inercialnem referenčnem okviru le posebno relativnost, ki je veliko bolj preprosta kot splošna relativnost.

Najenostavnejši primer referenčnega okvira, ki ni inercijski, je vrtljivi referenčni okvir. Če ste v zaprti sobi in se ta soba vrti, se zdi, da na predmete delujejo nekatere dodatne sile, za katere se zdi, da prihajajo od nikoder. Obstaja centrifugalna sila, ki vleče vse proti zunanjim robovom prostora, in obstaja Coriolisova sila, zaradi katere se stvar premika v krivulji, ko se premakne proti / od centra. To so izmišljene sile, ker so tam le zaradi izbire vašega koordinatnega sistema. Toda če se stvari pospešijo same od sebe pod vplivom centrifugalne sile, energija ni ohranjena. Da bi to popravili, morate v sredino sobe vnesti dodatno potencialno energijo. To se imenuje učinkovit potencial. Ista ideja. Tam je samo zaradi izbire koordinatnega sistema & quotbad & quot.

Ko pa prepoznate, da se soba dejansko vrti, in izberete koordinatni sistem, ki se ne vrti s sobo, lahko opišete vsa gibanja brez teh dodatnih sil ali potenciala.

Če veste, kako ravnati s temi stvarmi, lahko izberete koordinatni sistem, ki ni inerten, in z njim delate. Samo previdni morate biti. In včasih je to bolj priročen način za spopadanje s tem. Če načrtujete vesoljsko postajo, ki bo z rotacijo ustvarjala umetno gravitacijo, je lažje iti do vrtljivega referenčnega okvira, tako da je postaja & quot; ti & quot; pri svojem načrtovanju pa samo upoštevate centrifugalne in Coriolisove učinke.

Najprej, kaj pomeni & quotbest & quot? Moja definicija: Najboljši referenčni okvir za neki problem je tisti okvir, zaradi katerega je moje delo pri reševanju tega problema najmanj težko rešljivo. S to definicijo ni nobenega & quotbest referenčnega okvira. & Quot; Kaj predstavlja & quotbest & quot okvir za en problem, se bo povsem razlikovalo od & quotbest & quot okvira za nekatere druge težave.

Recimo, da je težava v modeliranju Zemljinega vremena. Ta težava je dovolj težka, če jo naredimo z vidika okvirja, ki se vrti z Zemljo. Izberite nerotirajoči okvir in, fant, imate nerešljiv nered.

Recimo, da je težava v modeliranju dinamike sončnega sistema. Ta težava je dovolj težka, če jo naredimo z vidika nerotirajočega se okvirja s poreklom v barycentru sončnega sistema. Naredite to z vidika okvirja, pritrjenega na Zemljo, in spet imate nerešljiv problem. Slabše je kot nerešljivo: to polarno gibanje je nepredvidljivo, kar pomeni, da ste s to izbiro ravno vrgli visoko natančnost in predvidljivost v prihodnosti.

Ne, ker bi to pomenilo, da bi bilo mogoče izmeriti absolutno gibanje, ki krši SR.

Nemogoče je izmeriti gibanje glede na prostor. Gibanje lahko merite samo glede na nekaj drugega, saj gibanje je samo glede na nekaj drugega.

Premikanje s konstantno hitrostjo katere koli vrednosti in zadrževanje & quottill & quot sta fizično ista stvar.

Eden od postulatov splošne relativnosti je, da ni absolutnega referenčnega okvira. Je nekako pomemben in velja za enega od standardov katere koli druge teorije.

Hitrost svetlobe je v vseh referenčnih okvirih vedno stalnica, vendar referenčnega okvira ne določa. Obstaja lahka transformacija stožca, vendar je to nekoliko zapletena tema relativnosti in ne spremeni odgovora.

Niso pa vsi referenčni okviri enaki. Obstaja poseben razred teh, ki so vztrajnostni. Pogosto je priročno izbrati inercijski referenčni okvir, saj je z njimi veliko lažje ravnati. V inercijskem referenčnem okviru sta energija in zagon naravno ohranjena, Newtonovi zakoni gibanja pa ne potrebujejo dodajanja fiktivnih sil. Če imate opravka z relativnostjo, potrebujete v inercialnem referenčnem okviru le posebno relativnost, ki je veliko bolj preprosta kot splošna relativnost.

Najenostavnejši primer referenčnega okvira, ki ni inercijski, je vrtljivi referenčni okvir. Če ste v zaprti sobi in se ta soba vrti, se zdi, da na predmete delujejo nekatere dodatne sile, za katere se zdi, da prihajajo od nikoder. Obstaja centrifugalna sila, ki vleče vse proti zunanjim robovom prostora, in obstaja Coriolisova sila, zaradi katere se stvar premika v krivulji, ko se premakne proti / od centra. To so izmišljene sile, ker so tam le zaradi izbire vašega koordinatnega sistema. Toda če se stvari pospešijo same od sebe pod vplivom centrifugalne sile, energija ni ohranjena. Da bi to popravili, morate v sredino sobe vnesti dodatno potencialno energijo. To se imenuje učinkovit potencial. Ista ideja. Tam je samo zaradi izbire koordinatnega sistema & quotbad & quot.

Ko pa prepoznate, da se soba dejansko vrti, in izberete koordinatni sistem, ki se ne vrti s sobo, lahko opišete vsa gibanja brez teh dodatnih sil ali potenciala.

Če veste, kako ravnati s temi stvarmi, lahko izberete koordinatni sistem, ki ni inerten, in z njim delate. Samo previdni morate biti. In včasih je to bolj priročen način za spopadanje s tem. Če načrtujete vesoljsko postajo, ki bo z rotacijo ustvarjala umetno gravitacijo, je lažje priti do vrtljivega referenčnega okvira, tako da je postaja & quot; ti & quot; pri svojem načrtovanju pa samo upoštevate centrifugalne in Coriolisove učinke.

Mislim, da ni absolutnega referenčnega okvira. to bi morali definirati v vsaki situaciji.
če gre za izračun, se zdi koristen & quotasolute referenčni okvir & quot (če ga morate narediti, vendar verjetno ni potreben) je lokacija, kjer se vztrajnostni referenčni okvir ne spremeni.
Z drugimi besedami, uporaben absolutni referenčni okvir je lokacija, kjer se ne pospeši.

Mislim, da je moje mnenje, da absolutni referenčni okvir ne obstaja, bolj moj prirojeni zaključek.


Obračanje miz?

Razlog, da je primer potujočih dvojčkov znan tudi kot & # 8220twin problem & # 8221 ali celo & # 8220twin paradoks & # 8221, je naslednji. Z vidika dvojčka na Zemlji lahko starostno razliko razložimo s pozivom na časovno dilatacijo, ki je osnovni koncept posebne relativnosti. Vključuje opazovalca (natančneje: inercijskega opazovalca), na primer opazovalca, ki živi na vesoljski postaji, ki pluje skozi prazen prostor. Za takega opazovalca posebna relativnost napoveduje naslednje: Za vsako gibljivo uro bo opazovalec ugotovil, da teče počasneje od svoje. Ne glede na to, ali gre za uro na drugi vesoljski postaji, ki plava mimo, ali za uro na raketi, ki jo poganja motor, v času, ki traja sekundo na opazovalčevih urah, bo na premikajoči se uri minila manj kot sekunda. . Ta upočasnitev ne velja le za ure, ampak tudi za vse, kar se dogaja na premikajoči se vesoljski postaji ali v leteči raketi. Vsi procesi, ki potekajo na teh premikajočih se predmetih, bodo za našega opazovalca videti upočasnjeni.

Značilno je, da obstajajo situacije, ko je časovna dilatacija obojestranska. Če na primer dva vesolja plujeta skozi vesolje, vsak na svoji vesoljski postaji, in če sta ti vesoljski postaji v relativnem gibanju, potem za vsak opazovalec, zdi se, da čas v drugi vesoljski postaji teče počasneje kot zase. (Če se vam to že sliši kot paradoks, boste morda želeli prebrati temo žarometov Dialektika relativnosti.)

S pomočjo časovne dilatacije & # 8211, ki je pogosto okrajšana na & # 8220 premikanje ur gre počasneje & # 8221 & # 8211, lahko poskusimo razložiti, kaj se zgodi z dvojčkoma. Ni čudno, da se potujoči dvojček stara manj! Konec koncev lahko dvojček na Zemlji prikliče časovno razširitev: premikanje ur gre počasneje, prav tako pa tudi ure premikajočega se dvojčka. Na teh počasneje premikajočih se urah & # 8211 in posledično na celotni vesoljski ladji & # 8211 mine manj časa kot na Zemlji, z drugimi besedami: ko se potujoči dvojček vrne, je mlajši.

Zaenkrat še nobenega paradoksa. Toda zakaj potujoča dvojčica ne more obrniti mize svojemu bratu ali sestri? Konec koncev je gibanje relativno. Zakaj se dvojčica v vesoljski ladji ne more opredeliti kot mirujoča? S tega vidika bi se Zemlja oddaljila, preden bi se vrnila na vesoljsko ladjo. In če je temu tako, ne bi mogel potovanja dvojčka uporabite časovno dilatacijo (& # 8220 premikanje ur je počasnejše & # 8221) za vse, ki so ostali na Zemlji? Ali s tem argumentom ne bi smeli biti ljudje na Zemlji tisti, ki so mlajši, kot je bilo pričakovano, ko se dvojčka ponovno združita? Če sta oba dvojčka enakopravna, je treba vsakemu dovoliti, da se počiva in pokliče časovno dilatacijo. Toda na koncu, ko se dvojčka spet srečata, ima lahko samo eden od njiju pravico & # 8211, potem ne more biti nobenih dvoumnosti: bodisi je en dvojček mlajši, bodisi drugi (ali pa seveda oba dvojčka & # 8217 argumenta in se starali popolnoma enako). Protislovje in # 8211 paradoks dvojčkov?


Kaj je inercijski referenčni okvir?

Vztrajnostni referenčni okvir je niz merilnih naprav, ki se premika s konstantno hitrostjo po ravni črti in brez vrtenja.

Referenčni okvir se ne sme vrteti (vrteti) okoli svoje osi. Z drugimi besedami, gledano s tega okvirja, oddaljenih zvezd ne bi smeli videti v krožnem gibanju (za razliko od tega, ki ga vidimo na Zemlji).

Pravzaprav mislim, da ni mogoče dati enoznačne, izčrpavajoče in stroge opredelitve inercialnega referenčnega okvira zgolj zato, ker je to tako temeljni pojem v fiziki, kot da ga ni mogoče zmanjšati na nič preprostejšega. Vendar mislim, da ni nobenih polemik. Vsi se bomo strinjali, ali je okvir vztrajnostni ali ne, ko ga vidimo.

Še enkrat: zasukati spoštovanje do česa?

Ste prepričani, da se oddaljene zvezde (vesolje) ne vrtijo? Zakaj?

Ali poznate paradoks (Newton) vedra z vodo. Če se vedro zavrti, se nič ne zgodi, če pa voda zavrti površino vode, je kot & quotV & quot. Newton je rekel: naslednjo knjigo bom razložil. Nikoli ni razložil.

V redu je reči: inercijski referenčni okvir? (okvir, samo geometrija)
Ali ne bi govorili o materialnem referenčnem okviru?

Za malce pozabite na fiktivne sile. Recimo, da lahko vidite neki predmet in veste, da na ta objekt ne delujejo sile. Če se objekt premika po ravni črti s konstantno hitrostjo, ste v inercialnem referenčnem okviru. To je Newtonov prvi zakon gibanja. Niste v inercialnem referenčnem okviru, če se zdi, da je predmet pospešen. Newtonov prvi zakon v bistvu opredeljuje vztrajnostni referenčni okvir.

Newtonov drugi zakon govori o tem, kaj se zgodi s predmeti, na katere deluje neka sila kot je razvidno iz vztrajnega opazovalca. Prvi zakon opredeljuje & quotinercialni referenčni okvir & quot glede na vedenje. Drugi zakon podobno opredeljuje & quotforce & quot v smislu vedenja.

Newtonov drugi zakon je zelo zmogljiva naprava. Uporablja se lahko za določanje stanja (lokacije in hitrosti) nekega predmeta v katerem koli trenutku na podlagi izključno stanja v določenem trenutku in poznavanja sil, ki delujejo na objekt. Vendar je Newtonov drugi zakon veljaven le v inercialnem okviru. Zaradi njegovih projektivnih moči bi bilo lepo razširiti ta zakon na neinercialne okvire.

Vrnite se spet k predmetu brez sile, vendar ga tokrat opazujemo iz referenčnega okvira, za katerega je znano, da ni inercijski. Videti je, da se predmet pospešuje. Če opazovani pospešek delimo na maso, dobimo nekaj z enotami sile. S povezovanjem tega sila podobnega parametra z nekim atributom našega referenčnega okvira (njegovo vrtenje ali pospeševanje) lahko uporabimo ta sila podobni parameter, kot da bi bil sila v Newtonovem drugem zakonu. Sila ni resnična (objekt nima nič zunanjih sil), zato je & quotfictitious & quot.


Iz katerega referenčnega okvira Zemlja kroži okoli sonca?

Mi lahko. A takšen koordinatni sistem je težko uporabiti. Na primer, obstaja ogromna fiktivna sila, ki vrti sonce okoli zemlje. Precej bolje je izbrati koordinatni sistem, kjer je gibanje videti preprosto, tisti, ki je osredotočen na sonce, pa je ta sistem.

Mi lahko. A takšen koordinatni sistem je težko uporabiti. Na primer, obstaja ogromna fiktivna sila, ki vrti sonce okoli zemlje. Precej bolje je izbrati koordinatni sistem, kjer je gibanje videti preprosto, tisti, ki je osredotočen na sonce, pa je ta sistem.

Da, gre za klasično mehaniko. Newtonova mehanika približno velja za inercialne referenčne sisteme, pri katerih je gibanje fizično smiselno (brez predpostavke fiktivnih sil). Kot bonus so enačbe tudi preprostejše.

Posebna relativnost se nanaša na tiste referenčne sisteme klasične mehanike, glej uvod:
http://www.fourmilab.ch/etexts/einstein/specrel/www/

Ne, enote so različne.

Med sedenjem na Zemlji čutimo sile pospeševanja. Vzemite merilnik pospeška in videli boste, da začutimo navzgor pospešek magnitude g.

Zakoni fizike narekujejo, da bodo enačbe gibanja v nekaterih referenčnih okvirih imele razmeroma preprosto obliko, v drugih pa precej neugodno. Ti dodatni izrazi v neskladni obliki so izmišljene sile. (Ali fiktivni pospeški. Ni treba množiti z maso, da dobimo silo, ker je naslednji korak deljenje z maso, da dobimo pospešek.)

Medtem ko bi lahko vedenje sončnega sistema opisali z vidika zemeljsko osredotočenega okvira, ste v prvotnem prispevku zadeli žebelj v glavo, ko ste vprašali & quot; Zakaj je kateri koli referenčni okvir natančnejši od drugega? & Quot; & quotbest & quot (beri: najbolj natančen) referenčni okvir za izračun orbite satelita, ki kroži okoli Zemlje, je okvir, osredotočen na Zemljo. Še vedno boste dobili fiktivne sile, a kljub temu bo razširjena orbita natančnejša, če jo bomo izračunali v okvirju, osredotočenem na Zemljo, v primerjavi z osrednjim sistemom sončnega sistema.

Predpostavimo, da namesto tega vozilo prehaja z Zemlje na Jupiter in ko pride do Jupitra, gre v orbito okoli Jupitra. Če želite doseči največjo natančnost, morate biti povsem spretni s svojimi referenčnimi okviri in na tej poti zamenjati integracijske okvire. Ključ do tega preklopa je gravitacijska sfera vpliva.


15 Odgovori 15

Predstavljajte si dve vesoljski ladji v obliki krofa, ki se srečata v globokem vesolju. Predpostavimo še, da ko potnik na ladji A pogleda skozi okno, vidi ladjo B, ki se vrti v smeri urnega kazalca. To pomeni, da ko potnik v B pogleda skozi okno, vidi tudi ladjo A, ki se vrti v smeri urnega kazalca (dvignite roki in poskusite!).

Iz čiste kinematike ne moremo reči, da se "ladja A res vrti, ladja B pa je res mirujoča", niti obratno. Oba opisa, eden z vrtečim se A in drugi z B, sta enakovredna.(Lahko bi tudi rekli, da se oba vrtijo delno.) Z vidika čiste kinematike vemo le to, da imajo ladje neko relativno rotacijo.

Vendar se fizika ne strinja, da je vrtenje ladij povsem relativno. Potniki na ladjah bodo občutili umetno gravitacijo. Morda ladja A čuti veliko umetne gravitacije, ladja B pa nobene. Potem lahko z gotovostjo trdimo, da se ladja A resnično vrti.

Torej gibanje v fiziki ni vse relativno. Obstaja nabor referenčnih okvirov, imenovan inercijski okvir, ki ga vesolje nekako izbere kot posebno. Ladje, ki v teh vztrajnostnih okvirih nimajo kotne hitrosti, ne čutijo umetne gravitacije. Vsi ti okviri so med seboj povezani prek skupine Poincare.

V splošni relativnosti je slika nekoliko bolj zapletena (in drugim odgovornikom bom pustil razpravljati o GR, saj ne vem veliko), vendar je osnovna ideja, da imamo simetrijo v fizikalnih zakonih, ki nam omogoča dvig referenčnih okvirov premikanje s konstantno hitrostjo, vendar ne na referenčne okvire, ki pospešujejo. To načelo temelji na obstoju vztrajnosti, ker če bi imeli pospešeni okviri enako fiziko kot običajni okviri, ne bi bila potrebna sila za pospešitev stvari.

Za Zemljo, ki obkroža sonce in obratno, da, kinematiko situacije je mogoče opisati tako, da Zemlja miruje. Ko pa to storite, ne delate več v inercialnem okviru. Newtonovi zakoni ne držijo okvira, ko je Zemlja mirujoča.

To je bilo za Zemljino rotacijo okoli lastne osi dramatično prikazano s Foucaltovim nihalom, ki je pokazalo nerazložljivo pospeševanje nihala, razen če upoštevamo fiktivne sile, ki jih povzroča Zemljina rotacija.

Podobno, če bi verjeli, da Zemlja miruje in bi sonce krožilo okoli nje, ne bi mogli razložiti Sončevega gibanja, ker je izjemno masivno, vendar nima sile, ki bi bila dovolj velika, da bi krožila okoli Zemlje. Hkrati bi moralo Sonce izvajati ogromno silo na Zemljo, toda Zemlja, ki stoji, se ne premika - še ena kršitev Newtonovih zakonov.

Torej, razlog, zakaj rečemo, da Zemlja obkroža sonce, je ta, da lahko to naredimo, ko uporabimo le Newtonove zakone.

Pravzaprav se sonce v inercijskem okvirju rahlo premika zaradi Zemljinega vlečenja (in še veliko bolj zaradi Jupitrovega), zato v resnici ne trdimo, da sonce miruje. Pravimo, da se giblje veliko manj kot Zemlja.

(Ta odgovor v veliki meri ponavlja Lubosa zgoraj, vendar sem bil večinoma narejen, ko je objavil, in mislim, da so naši odgovori dovolj različni, da se med seboj dopolnjujejo.)

da, gibanje lahko opišete iz katerega koli referenčnega okvira, vključno z geocentričnim, ob predpostavki, da dodate ustrezne "fiktivne" sile (centrifugalne, Coriolisove itd.).

Toda posebna lastnost referenčnega okvira, povezanega s Soncem - natančneje z baricentrom (masnim središčem) Osončja, ki je le sončni radij od središča Sonca - je, da je ta sistem inercijski. Pomeni, da ni centrifugalnih ali drugih vztrajnostnih sil. Enačbe fizike imajo še posebej preprosto obliko v okviru, povezanem s Soncem. $ M_1 d ^ 2 / dt ^ 2 vec x = G M_1 M_2 ( vec r_1- vec r_2) / r ^ 3 + pike $ V enačbe za pospešek vstopajo le preproste gravitacijske sile z obratno kvadratno razdaljo . Za druge okvirje, npr. geocentričnega, je na desni strani še veliko drugih vztrajnostnih / centrifugalnih "umetnih" izrazov, ki jih je mogoče odpraviti z bolj naravnim sončnim okvirom. V tem smislu je heliocentrični okvir bolj resničen.

To bi bil komentar na odgovor Luboša Motla, zdaj pa bi bil bolj primeren kot popoln odgovor.

Njegov odgovor pravi: Fizične zakone lahko zapišemo preprosteje za masno središče sončnega sistema (barycenter) kot za točko na Zemlji (geocentrično).

Samo ena stvar! Ne smemo zanemariti neidealnosti samega barycentra, ki se nahaja v Mlečni cesti in ga vsaj gravitacijsko pristransko. Na videz to deli dlake, vendar je bistveno to tudi idealnost katerega koli referenčnega okvira je relativnain noben "končni" okvir ne obstaja.

Prav tako izbira točke na koži slona nad geocentrično točko žrtvuje univerzalnost, enako kot izbira geocentrične točke nad barycentrom. Za bega pa je upoštevanje fizike, oblikovane na točki onkraj slonove površine, lahko le "akademsko". Sliši se znano?

Lahko pride do zmede: napačno je trditi, da je Zemlja središče vesolja, to je (edinstvena) točka, s katere naj bi bilo (v osnovi) opisano Vesolje (dejstvo, da se Sonce obrača okoli Zemlje, je le posledica tega) kar je pravzaprav pomembno, je, da ni nobenega središča vesolja : takšne točke ni, opis vesolja s katere koli točke je enakovreden opisu vesolja iz katere koli druge (takrat lahko opisujete gibe z Zemlje ali s Sonca).

Matematično naj bi bilo v klasični mehaniki Vesolje afinna vesolja.

Da, predlog: "Sonce se giblje okoli zemlje" je Zemljo ustavil. To je ustrezalo teologiji tistih časov, ki je bila popolnoma antropocentrična, zato je prevladala nad drugimi teorijami iz antike, na primer Aristarhosovo, ki je imela heliocentrični predlog.

Relativnost gibanja je bila raziskana, kot opisuje Lubos, ko bi lahko enačbe zapisali in če bi izbrali heliocentrika zaradi njegove lepote in preprostosti. Epicicili obstajajo, če rešitve narišemo v geocentrični sistem, vendar so tako okorni in "grdi" kot okrajšava za fiziko.

Sonce in Zemlja se gibljeta v krogih okoli svojega barycentra, tj. Središča mase.

Trik je v tem, da je masno središče, ker je preveč masivno, preblizu soncu, pravzaprav pod površjem Sonca, zaradi česar je gibanje Sonca zanemarljivo. In pravimo, da se Zemlja giblje okoli Sonca.

Sonce, luna, zemlja (in tako naprej) se gibljejo druga okoli druge.

Razlog, da rečemo, da se zemlja giblje okoli sonca, je v tem, da so učinki bolj vidni na makro lestvici in jih je lažje napovedati z razumno natančnostjo. Da, najbolj pravilno je reči, da je vse gibanje relativno, vendar je veliko bolj zapleteno razložiti, če govorite s laikom.

To moram izkoristiti kot priložnost, da ponovim čudovito zgodbo o filozofu Wittgensteinu, ki jo pove njegova študentka Elizabeth Anscombe:

[Wittgenstein] me je nekoč pozdravil z vprašanjem: "Zakaj ljudje pravijo, da je bilo naravno misliti, da je sonce obkrožilo zemljo, ne pa da se je zemlja obrnila na svojo os?" Odgovoril sem: "Mislim, ker je bilo videti, kot da je sonce obkrožilo zemljo." "No," je vprašal, "kako bi bilo videti, če bi bilo videti, kot da bi se zemlja obrnila na svojo os?"

Kaj pa fizika? V smislu dejanskih fizikalnih teorij gre sonce v resnici okoli Zemlje ali se zdi, da to počne le zato, ker ga gledamo z vrtečega se referenčnega okvira Zemlje?

Vrteči se okvir razlikuje od nerotirajočega okvirja brez sklicevanja na kaj zunanjega. To velja tako za Newtonovo mehaniko kot za posebno in splošno relativnost. Obstajajo različni načini, kako ugotoviti, ali ste v vrtljivem okvirju, vključno s Foucaultovim nihalom, mehanskim žiroskopom ali obročasto-laserskim žiroskopom, ki se uporablja v komercialnih curkih. Nihalo Foucault kot dokaz rotacije Zemlje sega približno v leto 1850. (Dolgo pred tem je heliocentrizem med fiziki postal sprejet iz manj dokončnih razlogov, na primer zaradi dejstva, da imajo Keplerjevi zakoni preprosto obliko v heliocentričnem okviru.) Kot relativistični primer je analiza slavnega Hafele-Keatingovega testa splošne relativnosti zahtevala uvedbo treh učinkov: kinematično časovno dilatacijsko gravitacijsko časovno dilatacijsko in Sagnacov učinek, ki je občutljiv na vrtenje zemlje.

Obstajajo še druge teorije, v katerih vrtenja okvirja ne morete zaznati, razen glede na oddaljeno snov, npr. Brans-Dickejeva gravitacija. Izvirni članek o B-D gravitaciji je na voljo na spletu http://loyno.edu/

brans / ST-history / in je zelo berljiv, tudi če niste strokovnjak. Pozitivne rezultate zgoraj naštetih tehnik bi potem razlagali ne kot dokaz absolutne rotacije, temveč kot dokaz vrtenja glede na oddaljene galaksije. Toda B-D gravitacija na podlagi testov sončnega sistema iz sedemdesetih let prejšnjega stoletja ni več izvedljiva. Torej, če želite, lahko rečete, da se je Galileo dokončno izkazal šele v sedemdesetih letih.

Zelo pozen odgovor, ki upam, da doda odlične odgovore Marka in Luboša.

Z vidika Newtonove mehanike ni nič narobe same po sebi z uporabo geocentričnega vidika. Takšno stališče sicer zahteva dodajanje fiktivnih sil in navorov, ki jih sicer v inercijski perspektivi ne bi bilo, toda če je to smiselno, je v redu. Kljub temu obstaja velika razlika med odločitvijo za uporabo geocentrične perspektive, kadar je to smiselno, na primer predvidevanje vremena v primerjavi z zdaj neznanstvenim nalogom, da je treba vedno uporabiti geocentrično perspektivo. Obstaja lepa razlaga tistih fiktivnih sil in navorov, ki izhajajo iz odločitve za uporabo geocentrične perspektive: So fikcija, ki izhaja iz te izbire perspektive. Ta mandat bi namesto tega vse te fiktivne sile in navore nekako uresničil. Zakaj se te sile pojavljajo in zakaj na svetu izginejo, ko se na stvari odločimo gledati iz druge perspektive?

Čeprav je geocentrična perspektiva konceptualno veljavna z Newtonove perspektive, koncept varčevanja (alias preprostost, aka Occamov britvica) pravi, da moramo zavrniti zamisel o vrnitvi na mandatno geocentrično stališče (in s tem opustiti pol tisočletja znanstvenega napredka ). Parsimonija je imela v znanosti zelo pomembno vlogo že od Galilejevih časov. Znanstveniki imajo veliko raje preproste razlage kot zapletene. Uporaba geocentrične perspektive za opis gibanja eksomone okoli eksoplaneta je smešen predlog.

Z vidika splošne relativnosti je nekaj narobe same po sebi z uporabo geocentričnega stališča za opis celotnega vesolja. Medtem ko so koordinatni sistemi v Newtonovi mehaniki globalni, so v splošni relativnosti lokalni. Koordinatni sistemi so lokalne karte riemanskega prostora-časa v splošni relativnosti. Nimajo univerzalnega obsega. Pooblaščena geocentrična perspektiva v smislu splošne relativnosti ni smiselna.

Obstajajo eksperimentalni dokazi absolutnega gibanja Zemlje okoli Sonca. Obstaja dipolna anizotropija v finih meritvah temperature ozadja sevanja, kar je znano iz analize satelitskih ukrepov COBE v zgodnjih 90-ih. Glej na primer ta članek.

Da bi naredili ustrezne popravke, tako da je sevanje kozmičnega ozadja "videti" izotropno, je treba upoštevati absolutno hitrost lokalne skupine proti sevanju kozmičnega ozadja, vendar je ta popravek odvisen od meseca v letu, ker je majhen del popravka izvira iz orbitalne hitrosti Zemlje okoli barycentra Osončja (med drugimi izrazi).

Ta majhen del potrebnih popravkov je točno tisto, kar bi pričakovali, če bi domnevali, da je Zemlja tista, ki obkroža Sonce in ne obratno.

(dipolska anizotropija kozmičnega ozadja, slika iz map.gsfc.nasa.gov)

Tu je izvleček iz povzetka citiranega prispevka:

Predstavljamo določitev amplitude in smeri kozmičnega mikrovalovnega dipola iz diferencialnih mikrovalovnih radiometrov COBE (DMR) v prvem letu podatkov (.) Nakazana hitrost lokalne skupine glede na počitek CMB je $ v_= 627 pm 22 km s ^ <-1> $ proti (.). DMR je preslikal tudi dipolno anizotropijo, ki je posledica gibanja Zemlje po orbitalnem središču Osončja, in tako izmeril monopolno temperaturo CMB (.) $ T_0 = 2,75 pm 0,05 K $

To pa ne pomeni, da v vesolju obstaja absolutni referenčni okvir. Drugi opazovalci, ki prihajajo, bodo zaznali še eno dipolno anizotropijo. Zadnja razpršena površina in kozmološka obzorja se razlikujejo za različne prihajajoče opazovalce. Toda kljub temu dokazuje, da se Zemlja giblje okoli Sonca in ne obratno. Od 90-ih to ni več filozofsko vprašanje: MI se zagotovo, popolnoma, zanesljivo in veličastno gibljejo okoli Sonca.

Ker gre za ponavljajoče se vprašanje, sem raje tukaj dodal svoj odgovor kot novejšim.

Upam, da bom lahko pojasnil nekaj točk, ki v nekaterih prejšnjih odgovorih niso bile popolnoma osredotočene.

Kinematični opis

Ko izberemo kateri koli referenčni okvir, ki nam je všeč (tukaj ni pomembno, ali je vztrajnostni ali ne) in imamo opis poti N teles, recimo N vektorjev $ < bf r> _i (t) $, lahko vedno uporabimo referenčni okvir s središčem na enem od teles, recimo a-th, s preprostim odštevanjem vektorja položaja izbranega telesa kateremu koli drugemu vektorju položaja. Zato bodo v tem novem referenčnem okviru poti prvotnega sistema N teles: $ < bf r> ^ < prime> _i (t) = < bf r> _i (t) - < bf r> _a (t).

[1] $ Jasno je, da je v tem novem okviru $ < bf r> ^ < prime> _a (t) = 0 $ po konstrukciji, tj. a-telo telo večno miruje.

Primer takšne transformacije koordinat je sprememba referenčnega okvira, ki je potrebna, če želimo najti ustrezen opis Sončevega sistema, kot ga vidi opazovalec na Zemlji, začenši s smermi v (inercialnem) referenčnem okviru, kjer je središče mase sončnega sistema miruje. Opaziti da opazovalec v mirovanju na površju Zemlje ne prevaja samo s planetom glede na masno središče, ampak se tudi vrti, zato bi bila dejanska preobrazba bolj zapletena kot enačba. [$ 1 $]. Vendar ne moremo prezreti potrebe po dodatni rotaciji naših vektorjev če se omejimo na referenčne okvire, ki se ne vrtijo glede na prvotni okvir.

Na tej točki bi moralo biti jasno, da ni nič narobe, če bi opisali gibanje teles Sončevega sistema z Zemlje. To je le ena od neskončnih možnih odločitev o izvoru referenčnega okvira, verjetno najbolj uporabna za opazovalce na Zemlji. Ima enako pravico, da se kot referenčni okvir, pritrjen na avtomobil, ki se premika, opiše, kaj vidijo potniki.

Vendar možnost spreminjanja stališča ne pomeni, da bi različne izbire zagotavljale enak opis poti v sistemu N-telesa. Precej zanimivo, če izhajamo iz referenčnega okvira, kjer telo $ a $ miruje, torej $ < bf r> _a (t) = 0 $, kjer drugo telo b premakne v skladu s $ < bf r> _b (t) $ in se premaknemo v nov referenčni okvir temelji na telesu $ b $ bo v novem sistemu telo $ a $ opisano z vektorjem $ < bf r> ^ < prime> _a (t) = - < bf r> _b (t) $. To pomeni, da se gibanje $ a $, kot ga vidi $ b $, ali gibanje $ b $, kot ga vidi $ a $, razlikuje samo po inverziji in imata zato enak sintetični opis.

Kaj pa uporaba zgornjega premisleka za sistem Zemlja-Sonce? V primeru sistema dveh teles so stvari povsem preproste. Oblika Zemljine poti, kot jo gledamo s Sonca, ali oblika Sonca, ki jo gledamo z Zemlje, sta enaki. Poleg tega, ker je masno središče sistema Sonce-Zemlja znotraj Sonca, Zemljina pot, kot jo vidimo s Sonca, skoraj sovpada z isto orbito, kot je opisana iz središča mase.

Na naslednjih dveh slikah sem narisal orbito dveh teles v referenčnem okviru masnega središča

in v referenčnem okviru (nerotirajoče se) Zemlje. Enote za razdaljo so milijoni kilometrov.

Stvari se zelo spremenijo, ko opisujemo gibanje drugih teles Sončevega sistema. Naslednji dve ploskvi prikazujeta gibanje Sonca, Venere, Zemlje, Marsa in Jupitra, kot je razvidno iz masnega središča sistema ali (nerotirajoče) Zemlje.

Tudi na tej kinematični ravni je očitna večja preprostost opisa v središču masnega okvira. Kljub temu pa še enkrat poudarjam, da s tem opisom ni nič narobe. Je najbližje temu, kar dobimo od opazovanj na Zemlji.

Dinamični opis

Z vidika reševanja problema Newtonove dinamike vsi vemo, da je središče masnega referenčnega okvira sistema N-telesa priročno. Ker gre za vztrajnostni okvir, lahko v povezavi z Newtonovim zakonom gravitacijske sile uporabimo Newtonov zakon $ < bf F> = m < bf a> $, ne da bi morali uvajati dodatne vztrajnostne sile.

Upoštevajte pa, da ko je napisan niz diferencialnih enačb gibanja za gravitacijski problem N-telesa: $ < bf a> _i = G sum_ m_j frac <(< bf r> _j - < bf r> _i)> < left | < bf r> _j - < bf r> _i right | ^ 3> $ trivialno je zapisati enačbe gibanja, ki se nanašajo na telo $ a $: $ < bf a '> _ = G vsota_ m_j frac <(< bf r '> _ j - < bf r'> _ i)> < levo | < bf r '> _ j - < bf r'> _ i desno | ^ 3> - G vsota_ m_j frac <(< bf r '> _ j - < bf r'> _ a)> < levo | < bf r '> _ j - < bf r'> _ a desno | ^ 3>

[2] $ kjer $ < bf r '> _ i = < bf r> _i - < bf r> _a $ in $ < bf a'> _ i = < bf a> _i - < bf a> _a = frac << mathrm d> ^ 2 (< bf r> _i - < bf r> _a)> << mathrm d> t ^ 2>. $ V eqnu je treba opaziti dve zanimivi stvari. 2, prvi bi lahko pomagal razjasniti nekatere trditve, ki so prisotne v drugih odgovorih:


Osnove fizike I (221)

Klasična fizika ponuja okvir za kvantitativne napovedi in razlago pojavov, ki se lahko zdijo zmedeni. Primer je Galilejevo opažanje, da vse pade na enak način, ne glede na to, koliko ga je ali celo iz česa je narejeno. Vprašali smo se, kaj je "naravno stanje stvari", zakaj je gibanje in zakaj in kako se spreminja?

Newton je predlagal tri zakone ali recimo tri izjave, ki nam dajejo neke vrste odgovore (in sami postavljajo vprašanja!). Večina knjig o temeljni fiziki bi rekla, da se jih morate naučiti, zato so tu.

1. Predmeti v mirovanju ostanejo v mirovanju, predmeti v gibanju ostanejo v gibanju s konstantno hitrostjo smeri in velikosti, razen če nanje deluje sila.

2. Predmet mase (M ), na katerega deluje sila ( vec), spremeni svoje gibanje s pospeškom ( vec ) kot odziv na silo kjer

3. Za vsako uporabljeno silo med dvema predmetoma obstaja enaka in nasprotna reaktivna sila.

Pravzaprav Newtonov drugi zakon uteleša druga dva, toda vsi trije opisujejo, kako narava deluje v klasični fiziki. Oglejmo si jih, nato pa se zadržimo pri drugem zakonu in se naučimo uporabljati.

Prvi veljavni zakon pravi, da je naravno stanje stvari, da nadaljujejo, ne glede na gibanje. Če se ne, potem obstaja sila, ki je to gibanje spremenila. Kot je sam Newton zapisal tukaj v sodobni angleščini (današnji mednarodni jezik znanosti), medtem ko je svojo Principia napisal v latinščini:

Vsako telo ostane v mirovanju ali se enakomerno giblje po ravni poti, razen kadar njegovo stanje spremeni sila, ki jo uporabimo.

Paradoksalno je za naše izkušnje, ko vemo, da se zdi, da se stvari ne glede na vse upočasnijo. Vozite kolo, nehajte vrteti pedale in stvar počiva. Vrzite žogo, ta nekaj časa pluje, se valja po tleh, vaš pes jo lahko vrne in na koncu se zdi, da neizogibno počiva. Newtonov prvi zakon pravi, da je razlog v tem, da na predmete delujejo "sile" in da brez teh sil le nadaljujejo. V našem vsakdanjem svetu imamo sile trenja, zračni upor, trenje v ležajih, trenje, kjer površine drsijo, in tiste stvari upočasnijo in na koncu povzročijo, da se gibanje ustavi. Newton to razlaga v svojem drugem zakonu, kot bomo videli.

Mačke so opravile obsežne poskuse z Newtonovo fiziko, zlasti s prvim zakonom.

Torej, v vesolju, brez zraka in trenja, začnite nekaj premikati in to kar nadaljuje.

Newtonov prvi zakon o Mednarodni vesoljski postaji

Ideja se zdi dovolj preprosta, toda kaj se zgodi, ko poskusim z eksperimentom in pospešujem (glede vesolja), torej kaj, če se moj referenčni okvir ne premika s konstantno hitrostjo? V tem primeru bi videl predmete, ki se očitno pospešujejo nazaj brez očitne sile. Newtonov prvi zakon ne bi deloval.

Da se predmeti, ki se gibljejo v ravni črti z enakomerno hitrostjo (ki bi lahko bila nič), nadaljujejo po tej črti s to hitrostjo, je "vztrajnost", referenčni okvir, v katerem je to res, pa se imenuje vztrajnostni referenčni okvir. Popoln vztrajnostni referenčni okvir je povprečje celotnega vesolja. Če želite spremeniti gibanje glede na vse ostalo, ustvariti pospešek, mora na objekt delovati sila.

Tako se vedenje premikajočih se predmetov zmanjša na (a), iskanje pravega referenčnega okvira, (b) identificiranje sil in (c) izračun nastalega pospeška ali spremembe hitrosti.

Ta prvi Newtonov zakon, resnično zakon vztrajnosti, nam pove, da moramo uporabiti posebne "vztrajnostne" referenčne okvire. Na srečo, čeprav je Zemlja v ukrivljeni poti v svoji orbiti okoli Sonca in se vrti na svoji osi, medtem ko mi na njeni površini izvajamo fizikalne poskuse, je dober približek, da je lokalno dober referenčni okvir pritrjen na Zemljino površino, kjer smo . Kadar obstajajo izjeme, se moramo premakniti in zavzeti širši pogled, da razumemo, kaj se zgodi, ali da si izmislimo silo, ki ni resnična.

Primer, ki ga na avtocesti doživljate prepogosto, je, kaj se zgodi, ko vozite z 80 km / h in nenadoma nekdo zavira, da srna pelje čez cesto. Tudi vi zavirate, da se izognete trčenju v upočasnjen avto pred vami, medtem ko jeleni varno pobegnejo v gozd (upamo). Zdi se, da ste vlečeni naprej glede avtomobila. Zdi se, kot da vas vleče sila, v resnici pa gre za upočasnitev avtomobila, medtem ko nadaljujete vožnjo naprej z enako hitrostjo, kot ste jo imeli. Newtonov prvi zakon pravi, da boste, če ne boste pripnili varnostnega pasu ali zračne blazine, ki bo uporabila silo za upočasnitev, trčili v notranjost avtomobila. Inercijski referenčni okvir, ki to opisuje, je tisti, ki je mirujoč glede na avtocesto.

Drugi zakon pravi, da v inercialnem referenčnem okviru ne bo pospeška, če ne bo sile (to je pravzaprav prvi zakon kot posledica drugega). Če obstaja sila, se bo hitrost predmeta, na katerega deluje sila, spremenila sorazmerno s silo, slavni

kjer sta "F" in "A" vektorja, torej imata smer in velikost. Zato lahko, če smo previdni pri zapisu, postavimo puščico nad simbol ( vec), da se zavemo, da ima tudi smer. V knjigah je morda dovolj samo pisanje v krepkem tisku F, ali A.

  • Večja kot je sila, večji je pospešek.
  • Pospešek ima isto smer kot sila.

Sorazmernost med temi vektorskimi količinami je "masa" predmeta in ker jo določa "vztrajnost" predmeta, to maso najbolje imenujemo "vztrajnostna masa". To je merilo, koliko snovi je v predmetu. Kot veste iz izkušenj, več snovi je, več sile je potrebno za spremembo njenega gibanja. Opazite, kako se masa pojavi skupaj s spremembo hitrosti. Zmnožek mase in hitrosti se imenuje "zagon" in je tudi vektor. Tukaj je za referenco:

Vendar je pospešek hitrost spremembe hitrosti. ( Delta ) uporabljamo za "spremembo v" in z njo

in s tem imamo drug način, da drugi zakon postavimo v smislu zagona in ne pospeška

Sila je enaka hitrosti spremembe giba. V odsotnosti zunanje sile se momemtum ne spremeni. Koncept zagona je tako pomemben, da bomo kasneje v tečaju zanj porabili en teden.

Newton je svoj Drugi zakon opisal z mislijo na zagon, ki ga je takrat preprosto imenoval "gibanje". Z malo urejanja zaradi jasnosti je dejal:

Sprememba gibanja je vedno sorazmerna s silo in je v smeri, v kateri ta sila deluje.

Newtonov drugi zakon o Mednarodni vesoljski postaji

Pogosto trdijo, da za vsako dejanje obstaja enaka in nasprotna reakcija, Tretji zakon v resnici velja le med dvema predmetoma, ki medsebojno sodelujeta in ne s čim drugim. Evo, kako se je izrazil Newton (v prevodu iz njegove latinščine v našo angleščino):

Na vsako dejanje je vedno nasprotna in enaka reakcija: ali medsebojna delovanja dveh teles drug na drugega sta vedno enaka in usmerjena v nasprotne dele.

Pomeni objekt B1 izvaja silo na predmet B2, potem se zgodi tudi nasprotno: objekt B2 deluje in enaka in nasprotna sila na B1. Klasičen primer bi bila dva drsalna partnerja na ledu. Če s kotalkami ne potiskajo po ledu, ko prvi pritisne na drugega, drugi potisne nazaj na prvega.

Rezultat tretjega zakona je, da se te notranje sile uravnotežijo. Sistem dveh teles se ne more medsebojno pospešiti glede na vesolje tako, da se potiska drug na drugega. Medsebojno izvajajo enako veliko silo, ki pa je nasprotno usmerjena. Posledično te sile povzročijo pospeševanje teles med seboj.


Inercialni referenčni okviri

Ta lastnost masivnih teles, da se uprejo spremembam v svojem gibanju, se imenuje vztrajnost, kar vodi do koncepta vztrajnostni referenčni okviri. Vztrajnostni referenčni okvir lahko opišemo kot tridimenzionalni koordinatni sistem, ki se ne pospešuje in ne vrti, vendar je lahko v enakomernem linearnem gibanju glede na neki drug vztrajnostni referenčni okvir. Newton ni nikoli izrecno opisal inercialnih referenčnih okvirov, so pa naravna posledica njegovega prvega zakona gibanja.

Ko rečemo, da je telo v gibanju, se lahko vprašamo, v gibanju v primerjavi s čim? Bi lahko ujeli baseball, ki gre 100 km / h v golo roko? Lahko bi, če bi se vozil z vlakom, ki je vozil 100 km / h, in bi ti nekdo na tem vlaku nežno vrgel žogo. Vlak in tir obstajata v svojih vztrajnostnih referenčnih okvirih, hitrost žoge pa je odvisna od vztrajnostnega referenčnega okvira, iz katerega se gleda. Če bi stali na peronu in bi vam potnik v tem vlaku žogo vrgel skozi okno, ne bi bilo pametno, da bi ga poskušali ujeti v golo roko.


Ko poskušate razumeti mehaniko sistema, je običajno priročno izbrati koordinate, ki odražajo simetrijo sistema. Sončni sistem je približno centralno simetričen, ker je Sonce daleč največja masa v njem, koordinate, ki odsevajo to simetrijo, pa so polarne koordinate s Soncem v središču.

Na primer v teh koordinatah, če bi bila Zemlja edini objekt poleg Sonca, bi bila Zemljina orbita (skoraj) elipsa. Prisotnost drugih planetov (v glavnem Jupitra) moti Zemljino orbito, vendar lahko to rešimo s teorijo motenj, začenši z eliptično orbito in dodajanjem motenj, ki jih povzročajo drugi planeti.

Vzemanje Sonca kot referenčne točke je torej odraz simetrije Osončja.

Kot smo že omenili v drugih odgovorih, če opisujemo galaksijo, Sonce ni več najboljše mesto za določanje izvora našega koordinatnega sistema in bi uporabili polarne koordinate s središčem v središču simetrije galaksije. Za opis jate galaksij bi izbrali tudi izvor, ki bi bil središče mase jate. V največjem obsegu je vesolje izotropno in homogeno, zato ni pomembno, kam postavimo izvor.

Vse je v kontekstu, v katerem želite analizirati določeno težavo.
Če preučujete sončni sistem, bi bilo najprimernejše, če bi sonce obravnavali kot središče sistema.
Če preučujete Rimsko cesto, sonce ni dobra referenčna točka, zavzemite središče galaksije.

Podobno se za opazovanje zvezd od opazovalca na zemlji uporablja "nebesna krogla", kar pa ne pomeni vrnitve k modelu Ptolemeja.
Vse je v obsegu, ki je namenjen določeni analizi.

zakaj ne glede na Zemljo?

Znanstveniki izražajo stvari glede na Zemljo, kjer je to smiselno. Nisem si mogel predstavljati, da bi skušal napovedati vreme ali modelirati globalno kroženje zemeljske atmosfere z vidika nerotirajočega se ogrodja z izvorom v barcentru sončnega sistema. Astronomi, vsaj tisti, ki se ukvarjajo z zemeljsko opremo, morajo tudi izraziti stvari glede na Zemljo, ki se vrti. Navsezadnje morajo vedeti, kam usmeriti svojo zemeljsko opremo.

Vremenoslovci ne predstavljajo vremena samo z vidika geocentričnega vidika, temveč vreme oblikujejo s tega vidika. To pomeni, da se v njihovih modelih pojavljajo vse vrste fiktivnih sil, ker se Zemlja pospešuje in vrti. S tem ni nič narobe same po sebi, dokler matematika pravilno deluje. Ker je katera koli alternativa (npr. Nerotirajoči okvir) še slabša, meteorologi poskrbijo, da matematiko delajo pravilno.

Po drugi strani pa je uporaba zemeljsko usmerjene perspektive, ki je fiksirana na Zemljo, za opis vedenja oddaljenih predmetov, ki jih opazujejo astronomi, še bolj smešna, kot če bi poskušali opisati Zemljino vreme z vidika nerotirajočega, ki temelji na barycentru. perspektiva. Veliko lažje je opisati vedenje teles sončnega sistema z vidika nerotirajočega okvirja, ki temelji na baricentru. Tudi ta okvir ni tako dober za opis vedenja galaksije kot celote.

Referenčni okvir v mirovanju s Soncem je z dobrim približkom inercijski sistem (veliko boljši kot tisti v mirovanju z našim planetom ali drugimi telesi v Osončju, predvsem zaradi izjemno večje Sončeve mase). Fizika v inercialnih referenčnih okvirih ima najpreprostejšo obliko. Na primer gibanje planetov okoli Sonca je opisano vzdolž elips, pri čemer je Sonce kot eno od središč z dobrim približkom. Končni razlog tega dejstva (ob predpostavki newtonske oblike gravitacijskega zakona) je, da sem poudaril: če se sklicujemo na drug referenčni okvir, moramo vključiti tako imenovane, v nekem smislu nefizične, vztrajnostne sile poleg gravitacijskega za razlago zapletenega gibanja planetov. Vse to razmišljanje je smiselno, če se zanemarijo kozmološka vprašanja, pri katerih igra splošna relativnost ključno vlogo, in se namesto tega sprejme Newtonova paradigma.

Ljudje, ki nekaj nekaj preučujejo, običajno uporabljajo referenčni okvir, ki je razmeroma blizu stvari, ki nas zanimajo. Čeprav bi bilo v teoriji mogoče izmeriti postavo človeka z zelo natančno določitvijo razdalje od središča Zemlje do dna njegovih stopal, pa tudi oddaljenost od središča zemlje do vrha njegove glave , in če odštejemo prvega od drugega, je oboje lažje in bolj natančno za merjenje višine vrha glave osebe glede na površino, na kateri stoji oseba.

Oddaljenost od Zemlje do Sonca je toliko večja od premera zemlje, da je pri poročanju o lokacijah kopenskih predmetov smiselno opisovati lokacije glede na druge kopenske predmete. Samo če na vse na Zemlji gledamo kot na eno samo točko, je Sonce smiselno uporabiti kot referenčno točko. Če gremo v drugo smer, je razdalja med Soncem in najbližjo zvezdo toliko večja od razdalje med Soncem in najbolj oddaljenim znanim orbitalnim telesom, da je smiselno uporabiti katero koli referenčno točko zunaj sončnega sistema, če Sonce in vse ki krožijo okoli nje, se obravnavajo kot ena točka.

Zaradi GPS in podobnih tehnologij za določanje lokacij kopenskih predmetov bi bila določitev postave človeka z merjenjem absolutnih položajev glave in stopal z astronomske perspektive skoraj praktična, vendar bi poskušali uporabiti kakršen koli sončni ali galaktični koordinatni sistem načrtovanje lokacij kopenskih predmetov bi bilo podobno poskusu uporabe barometra za merjenje postave. Barometer lahko dopušča grobe določitve nadmorske višine, vendar bi negotovost meritev nadmorske višine glave in nog osebe verjetno za velikost presegla razdaljo med njimi, zaradi česar bi bile kakršne koli določitve postave nesmiselne.


Referenčni okvir

Pred dnevi smo imeli zanimive razprave o posebni teoriji relativnosti, njenem glavnem sporočilu, načinu razmišljanja, bistvu Einsteinovega genija in njegove spremembe paradigme ter dobrih in slabih načinih predstavitve relativnosti otrokom in drugim.

Newton je matematiko uvedel v razmišljanje o fizikalnih pojavih, vključno s pospešenim gibanjem predmetov. Ta matematika je bila združljiva z zdravo pametjo in ljudem je omogočala, da so razmišljali kot redukcionisti. Mislim, da večina ljudi, ki znajo izgovoriti "relativnost", razume to stališče.

Svet je sestavljen iz različnih predmetov & # 8211 delcev, trdnih predmetov, polj & # 8211 in upoštevajo nekatere diferencialne enačbe s časom kot neodvisno spremenljivko. Te enačbe lahko zapišemo, rešimo in izkoristimo. Intuicija je, da je svet sestavljen iz mnogih stvari, vsaka na nek način deluje, mi pa se učimo, kako delujejo ena za drugo.


Newton je torej uvedel nekaj redukcionizma kot osnovo za znanost & # 8211 in svet bi lahko razdelili na predmete in koščke, ki so se razvili v skladu z nekaterimi diferencialnimi enačbami. Diferencialne enačbe so nekoliko trde in večina ljudi jih ne pozna & # 8211, vendar nekako razumejo svojo intuicijo.


V tem celotnem okviru se je domnevalo & # 8211, ker se je res zdelo očitno & # 8211, da obstajajo objektivne vrednosti ustreznih količin, ki opisujejo lokacijo in obliko "stvari", ki so bile odvisne od časa (t ) in vse predmeti so bili vdelani v tridimenzionalni ravni evklidski prostor ( RR ^ 3 ). Kopija tega prostora & # 8211 s predmeti na nekaterih lokacijah & # 8211 je obstajala v vsakem trenutku. Podrobnosti od začetka niso bile znane, a osnovni okvir se je zdel za vedno jasen. Lahko samo spremenite natančno obliko diferencialnih enačb & # 8211, vključno s silami & # 8211, in lahko sestavite večje predmete iz bolj elementarnih (kar bom kasneje opisal kot izum "konstruktivističnih" teorij).

Elementarne predmete bi bilo mogoče razumeti in razumevanje teh predmetov ali "stvari" se ni močno razlikovalo od dela izumiteljev, kot je Edison & # 8211, zato sem vdelal diagram žarnice. Ker je svetlobna hitrost tako tesno vključena v posebno relativnost, mnogi na koncu mislijo, da je bil Einstein podoben Edisonu. Tako kot je Edison prijel žarnico in jo optimiziral, se je Einstein igral z drugim predmetom, svetlobo, in teoretično razumel, kaj počne in kako se premika.

Ampak to je napačna lekcija. Posebna relativnost ni samo svetloba. Gre za neverjetno vlogo hitrosti, imenovane hitrost svetlobe & # 8211 in hitrost svetlobe ni samo hitrost svetlobe. Namesto tega je tudi hitrost svetlobe, poleg drugih stvari.

Svetloba je priložnostno ime za nekatere elektromagnetne valove & # 8211 ali fotone & # 8211, vendar je hitrost svetlobe tudi hitrost gravitacijskih valov & # 8211 in gravitonov & # 8211 in načeloma druge stvari (mislim, da fotoni in gravitoni so edini brezmasni delci v naravi & # 8211 tudi gluoni so brez mase, vendar so omejeni). No, to je hitrost, po kateri se premikajo vsi brezmasni predmeti in vsi masivni predmeti se lahko poljubno približajo od spodaj. Hitrost (v ), energija (E ) in masa miru (m_0 ) upoštevajo: [

] Za brezmasne predmete, kot so fotoni in gravitoni, je (m_0 = 0 ) in leva stran neskončnost kadar koli (E neq 0 ), kar pomeni, da mora biti tudi desna stran neskončna. To je primer, ko (v = c ). Predmeti brez mase se morajo preprosto premikati s svetlobno hitrostjo. Po drugi strani pa je lahko razmerje (E / m_0 c ^ 2 ) pri (m_0 gt 0 ) tudi poljubno veliko, če črpate kinetično energijo. Nato gre (v ) navzgor in se od spodaj približa (v do c ) & # 8211, vendar ga nikoli ne more povsem doseči, kaj šele preseči.

Tisti, ki razumejo te precej osnovne stvari, vedo, da posebna relativnost ni izključno svetloba. V resnici gre za prostor in čas & # 8211, ki ju je treba združiti v prostor-čas. Prostor, čas in vesoljski čas vplivajo na vse, kar lahko v njih živi ali se premika & # 8211, kar v resnici pomeni vse (kot tudi vsako stvar) v našem resničnem življenju.

Postulati postanejo "začetek", ne "konec"

  1. zakoni fizike imajo enako obliko v vseh vztrajnostnih okvirih (ki se med seboj premikajo s konstantno hitrostjo)
  2. svetlobna hitrost se izmeri v enaki konstanti, (c = 299.792.458 , < rm m / s> ), v vseh vztrajnostnih okvirih

Če si to izjavo močno razlagate & # 8211, tako da vam niti meritev svetlobe, ki prihaja zunaj, ne more pomagati pri določanju hitrosti vlaka & # 8211, potem drugi postulat iz prvega sledi kot poseben primer.

V Newtonovi fiziki je bil prvi postulat (načelo relativnosti) resničen & # 8211, ker je Newtonova mehanika spoštovala tako imenovano galilejsko relativnost.Vse hitrosti vseh predmetov lahko spremenite s ( vec V ), konstanto: [

vec v_i do vec v_i + vec V

] in vse je upoštevalo zakone fizike, tako kot prej. Preprost aditivni premik vseh hitrosti je ustrezal preprosti spremembi razgledne točke & # 8211, če se je zdelo, da stvari v enem inercialnem okviru spoštujejo zakone fizike, pa tudi v drugem okviru.

Newton pa je domneval, da je bila svetloba narejena iz delcev, curpusle, ko je bil inercijski okvir preklopljen, pa so morali tudi ti spremeniti svojo hitrost. Če bi torej svetloba izvirala iz vira, da bi imela hitrost (| vec v _ < rm light> | = c ), potem bi morala biti hitrost v splošnih, drugih referenčnih okvirih videti drugačna. (Tudi tisti, ki so verjeli, da je svetloba narejena iz valov, so mislili, da se hitrost teh valov opazovalcem v gibanju zdi drugačna.)

No, preprosta galilejska preobrazba se časa sploh ni dotaknila, (t to t ). Veste, da je bila galilejska skupina nadomeščena z Lorentzovo skupino (SO (3,1) ) ali Poincaréjevo skupino & # 8211, ki omogoča tudi prevajanje v prostor. Galilejska skupina je "kontrakcija" Lorentzove skupine, Lorentzova skupina je "deformacija" Galilejske skupine.

Mislim, da ljudje, ki so bili dovolj izpostavljeni relativnosti & # 8211 vsaj nekaj uspešnih ur, če jo skušam na nek način ovrednotiti & # 8211, razumejo te izjave o teoriji skupin. Obstaja neka Lorentzova skupina, ki meša prostor in čas, Newtonov prostor in čas pa se nista pomešala na ta način. Mislim pa, da tudi večina ljudi na svetu, ki bi trdili, da razumejo to izjavo, še vedno ne razume relativnosti. In izvira iz naslova objave v blogu.

Moja izkušnja je, da večina laikov in ljubiteljskih fizikov še vedno razmišlja o nespremenljivosti svetlobne hitrosti in Lorentzove transformacije kot o nekaterih izpeljana dejstva, nekaj lastnosti predmetov, kot so žarnice in sama svetloba. Mislijo, da fiziki "zajemajo stvari", na primer svetlobo, jo gledajo in ugotovijo, da imajo stvari nekatere lastnosti in se premikajo, tako da so združljive z relativističnimi formulami in simetrijo.

S to (napačno) perspektivo ostajajo Einsteinovi postulati in Lorentzova simetrija trajno nenaravni in večno izpodbijani. Ti ljudje ponavadi mislijo: Zaenkrat je to delovalo, vendar je res naključje in ko fiziki pogledajo nove stvari ali pogledajo natančneje, bodo formule netočne in simetrija bo videti približna. Verjetno se bo kdaj pokvarilo.

Toda to ni zaključek, ki bi ga naredil Einstein & # 8211 ali kdorkoli, ki resnično razume sodobno fiziko.

V resnici je zelo verjetno, da bodo vsi preizkusi posebne relativnosti (znotraj prosto padajočih okvirjev ali lokalno, tako da se na nek način znebim gravitacije) potrdili to Einsteinovo teorijo v preostalem stoletju in naslednjem stoletju ter številni drugi . Zakaj? Ker je Einstein našel nova načela ki se zdi, da se strinjajo z vsemi testi do zdaj netrivialno in neverjetno natančno, a a priori presenetljivo, in to je kar nekaj dokazov, da so ta načela popolnoma res.

Večina kvantitativnih izjav o naravi je približnih. Ko rečemo, da je Sonce oddaljeno 150 milijonov kilometrov, ni presenetljivo, da natančna meritev prinaša nekoliko drugačno sliko & # 8211 pravzaprav desna številka niha z letnimi časi in je odvisna tudi od obdelave velikosti Sonca in Zemlje, ki ni nič. . Dejansko je dobra navada pričakovati določeno mejo napak v večini takih izjav.

V fiziki in znanosti pa lahko obstajajo tudi trditve, ki so resnične natančno, nekaj končnih načel, postulatov, aksiomov ali izrekov matere narave ali boga. Namenjeni naj bi bili povsem resnični & # 8211 natanko tako kot verske dogme. Ko nekdo verjame v izjave, ki so popolnoma resnične, ali ne pomeni, da je religiozen in # 8211 in je to, za kar se pretvarja, da je znanost, nekakšna vera, religija?

No, ni nujno. Resnična razlika med "znanstvenimi dogmami" in "religioznimi dogmami" je v tem, da so "znanstvene dogme" prestale nekaj empiričnih testov, ki so bili za začetek netrivialni. Toda dogme so uspele. Verske dogme & # 8211, kot je Marijino devištvo & # 8211, v resnici niso prestale empiričnih testov, vsaj ne testov, ki bi jih vi (neodvisni znanstvenik, ki ni zadovoljen s pranjem možganov drugih) lahko reproducirali v svojem laboratoriju ( vaš laboratorij ne bi smel biti v vaši spalnici, ker bi bil test nedolžnosti vseeno negativen).

V redu, torej je Einstein našel nekaj postulatov, ki pomenijo mešanje prostora s časom, Lorentzove transformacije kot simetrije, in hotel je, da verjamemo, da so te trditve natančne. Ali je dobra znanost, da naj bi verjeli v neke "nove znanstvene dogme"? Ja, je. Bistvo je, da te "nove dogme" niso povsem nova stvaritev brez primere. Če natančno pogledate, boste videli, da so samo konkurenti & # 8211 in ker delujejo zelo dobro, nadomeščajo & # 8211 nekatere druge "znanstvene dogme", v katere so ljudje verjeli pred Einsteinom.

Einstein je artikuliral te postulate & # 8211 "znanstvene dogme" & # 8211 in izpeljal veliko posledic, ki imajo enako vrednost resnice in zanesljivosti & # 8211 "izpeljane znanstvene dogme". Je znanost naredil bolj utemeljeno na veri? Sploh ne. Pravzaprav je čudovito, da je artikuliral te dogme in druge predloge & # 8211 in si ogledal dokaze, ki nam nekaj povejo o njihovi veljavnosti (da, zdijo se resnični) & # 8211, ker je bolj znanstveno jasno artikulirati predloge in jih presojati kot pa molči ali domnevaj, da je vse jasno!

Če racionalno razmišljate o posebni relativnosti, morate razumeti, da je bil (SO (3,1) ) ravno predlagan kot zamenjava za galilejsko skupino, vesoljski čas pa kot nadomestek za prostor in čas, ki se nista pomešala je največja kozmična hitrost postala nadomestek za prepričanje, da je hitrost predmeta vedno mogoče povečati proti neskončnosti, vse druge izjave o relativnosti pa nadomestijo nekatere nerelativistične izjave. Bistvo posebne relativnosti je "reforma" vseh teh kvalitativnih izjav & # 8211, nato pa merjenje ključnega parametra, (c ), postane le naslednja majhna naloga za eksperimentatorje.

Smešno dejstvo je, da mnogi od teh nerelativističnih izjav, ki so jih nadomestili njihovi relativistični kolegi, še pred Einsteinom & # 8211 niso bili jasno izraženi, vendar so jim vseeno verjeli. Na primer, Einstein je ugotovil, da istočasnost dogodkov je relativna: odvisno od vztrajnostnega sistema. Ta "dogma" očitno nadomešča nasprotno nerelativistično dogmo: istočasnost dogodkov je absolutna.

Ali so fiziki pred Einsteinom dneve preživljali s kričanjem, da je istočasnost dogodkov absolutna? Niso. Predvidevali so, da so ves čas delali. Vsa znanost je bila popolnoma odvisna od tega. Toda očitno je bilo to očitno niti niso izrazili, da tako domnevajo. Ko so opisovali prehod na drug vztrajnostni sistem, so morali uporabiti galilejsko preobrazbo in takrat je postalo jasno, da domnevajo nekaj. Toda vsi so nagonsko mislili, da takšne predpostavke ne bi smeli dvomiti. Nihče je niti ni imel ideja da bi ga podvomili. In zato pred Einsteinom niso mogli najti relativnosti.

Einstein je ugotovil, da so bile nekatere od teh domnev le napačne, in jih nadomestil z "novimi znanstvenimi dogmami". Jabolko je pojedel v rajskem vrtu. Jasno artikulirane alternative & # 8211 Einsteinove in tiho prepričani predhodnik Einsteinovih dogem & # 8211 bi lahko primerjali in bili prepričani, da je bilo ugotovljeno, da so bile Einsteinove dogme pravilne, nerelativistične pa napačne. Razlika postane resnično očitna, ko postanejo hitrosti predmeta primerljive (ali celo zelo blizu) s svetlobno hitrostjo.

Einstein je še enkrat nadomestil "stare znanstvene dogme", ki so se zdele tako očitne, da o njih niso govorile niti "nove znanstvene dogme", ki so nekoliko bolj abstraktne, abstraktne in se lahko empirično pokažejo kot boljše. Če ste racionalni, vidite, da je Einstein očitno dobil tekmo z Newtonom. Torej, če ste bili prepričani o Newtonovih dogmah, bi jih morali preprosto nadomestiti z Einsteinovimi dogmami in biti zanje enako prepričani kot ste prej govorili o Newtonovih dogmah. To zagotovo izboljša vaše razumevanje vesolja, ker se lahko izkaže, da so Einsteinove dogme strogo boljše od Newtonovih dogem! Če Einsteinove postulate dvomite veliko bolj kot o Newtonovih aksiomih, to pomeni, da imate nerazumno naklonjenost teorijam, za katere se zdi, da empirično ne delujejo preveč dobro in je slabo.

V redu, Einstein je našel prava nova načela ali postulate ali aksiome ali dogme. In prav ta metodologija & # 8211 iskanje "novih in boljših dogem" & # 8211 je eden od splošnih Einsteinovih prispevkov k znanosti. Fizik bi se moral resnično vprašati, kajti tudi nekatere predpostavke, ki se zdijo tako očitne, da nihče niti ne jih artikulira lahko napačna in jo lahko nadomestijo veliko globlje in natančnejše zamenjave. Kvantna mehanična revolucija je uporabila Einsteinovo splošno filozofsko strategijo in nekaj našla še globlje kot relativnost.

Einstein se je zelo zavedal te spremembe metodologije & # 8211, s katero je v resnici začel sodobna fizika. Kot najstnik sem velikokrat rad prebral knjigo njegovih esejev ("Mein Weltbild"). Tudi pri tej spremembi perspektive je bil precej skromen. Zaradi osredotočenosti na "iskanje pravilnih aksiomov in izpeljav, ki se začnejo s temi aksiomi", je menil, da je relativnost "načelna teorija" fizike. Drugi razred fizikalnih teorij so bile "konstruktivne teorije". V bistvu sem začel z njimi in # 8211 gre za redukcionizem, kjer so stvari narejene iz kosov.

V tej klasifikaciji je bila relativnost primer načelne teorije, vendar je Einstein poudaril, da ni res prvi fizik, ki je naredil to spremembo perspektive. Termodinamika je to storila pred relativnostjo. Tako kot relativnost je bila tudi termodinamika zgrajena okoli nekaterih osnovnih zakonov in zakonov termodinamike.

Sliši se preprosto in logično. Samo, da vas spomnim, perpetuum mobile prve vrste proizvaja energijo in nikoli ne ustavi perpetuum mobile druge vrste, ki spontano prenaša toploto s hladnejšega predmeta na bolj vroč.

Tako kot v relativnosti lahko tudi te osnovne zakone termodinamike razlagamo kot splošne aksiome & # 8211 "znanstvene dogme" & # 8211 in fizike vabimo, da se obnašajo kot matematiki ki poskušajo iz teh "aksiomov" izpeljati zanimive "izreke" (ki se lahko uporabljajo v bolj specifičnih situacijah).

Tudi v primeru termodinamike morda preveč "konstruktivistična" oseba ne bo razumela moči "veljavnih načel" in metodologije, ki temelji na "znanstvenih dogmah". No, če ne razumete, da so zgornja načela skoraj zagotovo splošna & # 8211 in obstaja kar nekaj dokazov, da so resnična & # 8211, tvegate, da boste zapravili svoje življenje, ko poskušate zgraditi perpetuum mobile! Moški, ki so leta preživeli s to jalovo vajo, ne vidijo gozda skozi drevesa. Niso sposobni razmišljati z velikimi izjavami & # 8211, kot so "znanstvene dogme". Kadarkoli svojim strojem kandidatom dodajo nov gradnik (kovinski ročaj, voda, elektrika in veliko drugih stvari), verjamejo, da imajo veliko večje možnosti za uspeh, čeprav jim do zdaj ni uspelo. Ne odvrnejo se, ker so slepi za glavne negativne argumente proti svojim upanjem in # 8211 in so slepi, ker so te izjave zanje prevelike, preveč "splošne". Konstruktorji perpetuum mobile ne razumejo ali ne verjamejo splošnim trditvam in načelom. Če zaprete oči in spregledate univerzalne zakone in trditve velike slike, bo perpetuum mobile videti kot stvar potrpljenja.

Vemo npr. prvi zakon termodinamike in # 8211 varčevanje z energijo. Velja za nekatere zakone fizike (npr. Standardni model), katerih enačbe lahko zapišemo. Toda varčevanje z energijo ni preveč odvisno od standardnega modela Lagrangian. To ni neka izpeljana lastnost podrobnejših, zgrajenih zakonov fizike. Namesto tega bi morali o Standardnem modelu razmišljati kot o enačbi & # 8211 kot o teoriji določene vrste, ki upošteva varčevanje z energijo in veliko drugih, močnejših načel.

Kaj se dogaja? Kot sem vam obljubil, resnično spreminjamo izhodišče. Majhni koščki in mase točk ter diferencialne enačbe, ki jih imajo, niso več izhodišče. Namesto tega začnete z nekaterimi dobro izbranimi načeli & # 8211, morate biti dovolj dober fizik, da najdete zakone termodinamike ali postulate relativnosti & # 8211 in potem ugibate prave mikroskopske enačbe s seznama kandidatov, ki upošteva načela. Ali vidite razliko? Termodinamični ustanovni očetje in Albert Einstein so na samem začetku dodali temeljni korak & # 8211 ugibanje pravih "novih znanstvenih dogem". In naslednje delo za znanstvenike pravzaprav sledi po tisti!

Ta dodatni korak na začetku je delo teoretičnih fizikov globlje in več filozofsko. Ko se je rodila ta nova načelna perspektiva, je bilo veliko globokih teoretičnih fizikov zamenjanih

Postulati relativnosti, zakoni termodinamike in podobna načela so globlje in daljnosežnejše kot katera koli posamezna izjava o vedenju katerega koli elementarnega delca ali drugega predmeta. V nekem smislu je Einstein postal šef vseh ljudi, ki so kasneje konstruirali relativistične (klasične ali kvantne) teorije polja. Napisal je splošne zakone relativnosti, ki opredeljujejo splošni okvir & # 8211, kaj je dovoljeno in kaj ne & # 8211, in konstruktivistični fiziki si lahko izmislijo ali spremenijo "relativne podrobnosti".

To ni popolna analogija, vendar jo moram omeniti: vlogo fizikov, kot je Einstein, je spremenila v vlogo ameriških očetov, ki so morali Edisonu kasneje uspeti napisati in uveljaviti nekatere temeljne dokumente.

Ali razumete moje stališče? Ko se je začela sodobna fizika, je fizika postala veliko bolj filozofska. Filozofi so včasih iskali tudi "prave dogme", le da to še nikoli ni pripeljalo do ničesar, kar bi bilo koristno za razumevanje narave. Sodobni fiziki so dejansko ugotovili splošna načela ki veljajo za naravo in zdi se, da deluje. Sodobni fiziki so edini uspešni filozofi v tem smislu.

Ironično je, da so ljubiteljski fiziki, ki se radi predstavljajo kot "filozofi" in # 8211 "filozof", v bistvu samoopisani fizik, ki po vseh dejanskih fizikih fiziko ne pozna, zato je "filozof" v bistvu sinonim za "crackpot" & # 8211 ponavadi napačno razumejo to točko (da je fizika postala bolj filozofska). Češki crackpot in "reformator relativnosti" je Jan Fikáček & # 8211 nekdanji šef Mense Češkoslovaške & # 8211 odličen primer tega.

Vsi ti ljudje radi takoj posežejo po nekaterih tehničnih podrobnostih. Nikoli v resnici ne razmišljajo preveč o svojem izhodišču, ker mislijo, da so prava izhodišča očitna. Ampak to je popolnoma narobe. Iskanje (in izbira) pravih načel, ki opredeljujejo groba pravila igre za vsa nadaljnja umazana dela, je postalo najpomembnejši del teoretične fizike. To je delo, ki so si ga filozofi želeli opraviti & # 8211, vendar so ga lahko le sodobni fiziki dobro opravili. In sodobni "filozofi", torej samozavestni crackpoti, so skupina ljudi, ki maksimalno napačno razumejo potrebo po izbiri pravih načel v fiziki.


Bonus: želim poudariti povezano točko. Brian Greene je objavil nedolžen komentar o temni snovi in ​​nagradah:

Temna snov bo ostala hipotetična, dokler ne bomo končno zajeli delca temne snovi v enem izmed mnogih detektorjev, ki jih iščejo po vsem svetu. To je, ko bodo nagrade tekle. https://t.co/7QVvjsREei

& mdash Brian Greene (@bgreene) 24. julija 2018

Nekdo se s tem ni strinjal:

Mmm. Ne bi se mogel več strinjati. Nobelova nagrada bi morala biti za ravne krivulje vrtenja, ne za temno snov. Kot da obstaja Nobelova nagrada za pospešeno širitev vesolja in ne za temno energijo. Opazovalne dokaze in razlage moramo imeti ločene. https://t.co/lLHwXjOyuX

& mdash Federico Lelli (@lellifede) 24. julija 2018

No, o tem sem dal nekaj komentarjev:

Ločeno držanje ne pomeni samo nagrajevanja brezskrbnih opazovanj. Odkritja, ki so imela nekaj pomena - nekatere interpretacije -, so bila vedno pomembnejša, prav tako pa so bila upravičeno nagrajena z nagradami. Odkritje, ki nima jasnih posledic, je šibko.

& mdash Luboš Motl (@lumidek) 25. julij 2018

Tudi če bi se strinjal, da eno od teh dveh neposredno sledi, ga ni bilo nobeno najti in ljudje, ki so našli te dve možni interpretaciji, bi si morda zaslužili več slave kot tisti, ki so videli ravne krivulje vrtenja galaksije. Vendar ima kvečjemu ena od teh dveh prav. -)

& mdash Luboš Motl (@lumidek) 25. julij 2018

Veste, nekateri ljudje želijo teorijo in eksperimente ločiti in vse take stvari. Nenavadno je, ker je bistvo znanstvene metode v teorijah in eksperimentih intenzivno komunicirajo med seboj. A vidite, kaj poganja Federico Lelli, Peter Yoachim in večina podobnih "empiričnih aktivistov". Želeli bi le pohvaliti nekatera dolgočasna, poslušna opažanja, tudi če ni nobene razlage, in rekli, da interpretacije in teorije niso pomembne.

Toda znanost nikoli ne bi mogla delati tako. Uresničljive interpretacije so pravzaprav končni cilj poskusov in šele, ko se pojavijo izvedljive interpretacije, postanejo poskusi pomembni in zares vredni zaupanja. V tem smislu so ljudje, ki najdejo pravilne interpretacije & # 8211 verjetno nekateri teoretiki & # 8211, pomembnejši in njihovo delo je bistvenega pomena za to, da so tudi eksperimentatorji pomembni.

Dober primer je zaveznik:

Točno, priljubljen primer bi bila Pioneerjeva anomalija.

& mdash Hélvio Vairinhos (@hvairinhos) 25. julij 2018

Pioneerjeva anomalija je bila le artefakt neke instrumentalne zmešnjave. Sem že pozabil, kaj je povzročilo.Znano je in za tem ni bilo nobene nove fizike. Toda to je učbeniški primer presenetljivega opazovanja brez impresivne interpretacije & # 8211 brez nove teorije, ki naravno razlaga opažanje. Kadar imate presenetljiva opazovanja brez dobrih teorij, to običajno pomeni, da je opazovanje smeti. Ne smete brez misli verjeti osamljenim presenetljivim opazovanjem. Del znanstvenega odnosa do resničnosti je, da se zavedate, da je veliko osamljenih presenetljivih trditev lahko smeti in le, če med njimi obstaja neka sinergija, ki je skladna z neko teorijo, jim je res mogoče zaupati.

Prepričanje v izolirane, zelo presenetljive empirične ali eksperimentalne izjave je v bistvu sinonim za vero v čudeže in & # 8211, čeprav "empirični aktivisti" menijo, da je takšno prepričanje maksimalno znanstveno & # 8211, kar je pravzaprav zelo neznanstveno.


Poglej si posnetek: Znano o neznanem: Planetov, podobnih Zemlji je več, kot mislimo (Januar 2023).