상대성 이론은 지구가 태양을 중심으로 회전하는지 여부에 영향을 미칩니 까?
상대성 이론에 따르면 우리 우주에는 궁극적으로 선호되는 기준 틀이 없습니다. 즉, 객체 A와 객체 B 사이에 움직임이있을 때마다 객체 A가 움직이고 있는지, 객체 B가 움직이고 있는지 또는 둘 다 움직이고 있는지 여부는 기준 프레임에 따라 달라집니다.
이 주장을 따르면 지구가 태양을 중심으로 회전하고 있다는 책에서 연구 한 내용은 실제로 항상 정확하지는 않지만 특정 기준 프레임에서만 정확 해야하며 태양이 지구를 중심으로 회전한다고 말하는 것도 정확해야합니다. 지구상의 기준 틀에 따라. 그렇다면 지구 만이 태양을 중심으로 회전한다고 말하는 이유는 무엇입니까? 그것은 태양 중심주의가 완전히 정확하지 않다는 것을 의미합니까?
답변
과학 이론은 복잡한 물리적 현상을 취하고 더 간단한 용어로 행동을 설명하는 규칙을 제공하는 모델로 생각할 수 있습니다.
이러한 모델이 유용하기 위해 반드시 완벽 할 필요는 없습니다. 예를 들어, 우리는 뉴턴의 중력 법칙이 아인슈타인의 일반 상대성 이론만큼 정확하지는 않지만 대부분의 일상적인 목적에 여전히 충분하며 그 차이는 수세기 동안 발견되지 않았습니다.
지구가 태양을 중심으로 회전하는 (그리고 태양이 고정 된) 모델은 매우 정확하지는 않지만 매우 간단합니다. 우리는 뉴턴의 중력 법칙을 추가하고 지구와 태양이 공통 무게 중심을 중심으로 회전한다고 말함으로써이를 개선 할 수 있습니다. 그런 다음 다른 행성의 중력 효과를 추가 할 수 있고 상대성 이론과 태양계 외부의 물체 효과까지도 사용할 수 있습니다. 그러나 규칙은 훨씬 더 복잡 해져서 우리가 이해하려고하는 것에 대해서는 필요하지 않을 것입니다.
그렇습니다. 태양을 중심으로 회전하는 지구의 단순한 모델은 그다지 정확하지 않습니다. 그러나 우리가 말할 수있는 것은 지구 주위를 도는 태양의 단순한 모델보다 낫다는 것입니다. 이 모델을 사용하려고하면 다른 행성을 살펴보면 지구 주위에 매우 이상한 경로가있는 것을 알 수 있습니다 (자체를 순환). 반면 태양을 중심으로 생각하면 행성이 태양 주위를 도는 것을 발견합니다.
그렇습니다. 중심에있는 태양의 개념은 크게 단순화되었지만 태양계에 대한 이해를 도울 수있는 유용한 것입니다. 반면 중심에있는 지구에 대한 생각은 그다지 유용하지 않습니다.
지구상의 기준 틀에 따라 태양이 지구 주위를 돌고 있다고 말하는 것도 정확해야합니다. 그렇다면 지구 만이 태양을 중심으로 회전한다고 말하는 이유는 무엇입니까?
기술적 으로 지구-태양 시스템 만 고려 한다면 두 물체는 질량 중심 주위를 공전합니다. 태양이 너무나 거대하기 때문에 이것은 본질적으로 관성 기준 프레임에서 볼 수 있듯이 태양 주위를 공전하는 지구를 구성합니다.
물론 지구가 고정되어있는 기준 프레임으로 이동하면 태양이 우리 주위를 움직이는 것을 관찰 할 수 있습니다. 그러나 우리가 이런 유형의 움직임을 보는 이유를 설명하고 왜 우리가 쉬고 있는지 설명하려면 비관 성 프레임에만 "존재"하는 의사 힘을 가져와야합니다.
그것은 태양 중심주의가 완전히 정확하지 않다는 것을 의미합니까?
아니요, 이것은 의미가 아닙니다. 어떤 관성 프레임에서든 태양 주위를 공전하는 모든 행성을 볼 수 있습니다. 태양이 우리 주위를 움직이는 비관 성 프레임에서도 우리는 모든 것이 우리 주위를 돌고 있다고 말하지 않을 것입니다.
궁극적으로 여기서 문제는 처음부터 시작된다고 생각합니다. 당신은 이것을 읽고 있습니다
상대성 이론에 따르면 우리 우주에는 궁극적으로 선호되는 기준 틀이 없습니다.
같이
두 개의 참조 프레임이 어떤 것에 대해 동의하지 않으면 그중 하나가 잘못되었을 것입니다.
지구가 태양 주위를 공전한다고 말하거나 태양이 태양계의 중심이라고 말하는 것은 잘못된 것이 아닙니다. 그것은 관성 프레임에서 사실이므로 유효한 말입니다.
모든 관성 운동은 단순한 운동이 아니라 상대성 이론에서 상대적입니다.
STR에서 원 운동은 항상 가속되며이 기준 프레임은 관성 기준과 구별됩니다.
GR에서는 시공간이 구부러져 있고 회전하는 물체조차도 관성 일 수 있는데, 이는 태양 주위의 지구 혁명과 같이 자유 낙하하는 물체의 경우와 비슷합니다.
그러나 GR은 지역 이론입니다. 즉, 참조 프레임은 일반적으로 위치의 작은 이웃에서만 물리적으로 의미가 있으며 멀어 질수록 중력장이 강하고 거칠수록 참조 프레임은 고유 한 의미가없는 일부 좌표계가됩니다. 이것은 우리가 실제로 기준틀을 명시하지 않고는 태양 주위의 지구 회전에 대해 말할 수 없다는 것을 의미합니다.
그러나 태양과 지구의 경우 중력은 매우 약하고 태양이 지배합니다. 그래서 첫 번째 근사에서, 당신은 완벽한 구형 물체의 진공 상태에있는 정적 장을 가지고 있으며, 이는 Schwarzschild 기하학으로 이어집니다. 문제는이 첫 번째 근사치에서 전체 우주에 태양 만 있고 그것에 고정 된 특수 기준 프레임 (그리고 회전을 고정하는 먼 별까지)을 선택한다는 것입니다. 따라서 태양계에서 시스템 자체는 자연스러운 기준 틀을 가지고 있으며 지구의 회전에 대한 진술은이 기준 틀에서 암시 적으로 언급됩니다. 자연 스럽기 때문에 명시 적으로 말할 필요가 없습니다.
더 정밀하게 이동하면 원래 참조 프레임을 유지하고 주변의 섭동을 계산할 수 있습니다. 따라서 무한 정밀도 이론에서도 첫 번째 근사치에 의해 정의 된 프레임은 여전히 자연스럽고 혁명에 대한 진술은 그 의미를 유지합니다.
따라서 상대성 이론에서-STR과 GR 모두-지구가 태양을 중심으로 회전한다는 진술은 자연스럽고 우리는이 진술이 어떤 기준 틀에서 말했는지 말할 필요가 없습니다.
SR에서는 관성 기준 좌표계 만 동일하므로 서로 다른 기준 좌표계에서 수행 된 실험으로 만 어떤 물체가 움직이는 지 알 수 없습니다. 그러나 이것은 가속 과 함께 움직이는 비관 성 기준 좌표계의 경우에는 해당되지 않습니다 . 지구는 태양을 중심으로 회전하므로 구심력과 원심력이 작용하여 지구가 비관 성 기준 좌표계가됩니다. 이제 지구가 구심 가속도를 가지므로 원칙적으로 측정 할 수 있습니다. 지구 표면에서 중력 가속도의 일반적인 형태는 다음과 같습니다.
$$ g= G\frac{M}{r^2}-\left(\frac{v_{e\perp}^2}{r}~\pm\frac{v_{s\perp}^2}{R}\right) $$
어디 $M$ 지구 질량, $r$ 지구 반경, $R$ 지구 궤도 반경, $v_{e\perp}$ -자신의 축 접선 속도를 중심으로 지구 회전 및 $v_{s\perp}$태양 접선 속도를 중심으로 한 지구 회전입니다. 기호$+$ 또는 $-$ 공식에서 중력 가속도를 측정하는 위치에 따라 달라집니다. 태양을 향한 지구 측 또는 태양에서 바깥 쪽을 향하는 측 (그러면 지구 축 회전 팽창 효과가 태양 원심력에 추가됨).
자신의 축을 중심으로 한 지구 회전으로 인한 원심 가속도는 작습니다. $0.03 ~m/s^2$. 지구 궤도를 도는 태양으로 인한 원심 가속도는 약$0.005 ~m/s^2$. 그러나 그것은 0이 아니며 하루 중 중력 가속도의 변화로 측정 할 수 있습니다 (태양을 향한 상대적인 방사형 위치에 따라 다름). 지구가 태양을 중심으로 회전하지 않고 태양을 중심으로 회전한다고 말씀하신 것처럼 우리는 방정식에서 3 항 을 얻지 못할 것이며 언급 된 중력 변화를 경험하지 않을 것입니다. 따라서 Earth / Sun 참조 프레임은 서로 동일하지 않으며 RF의 로컬 실험으로 측정 할 수 있습니다.