Frage:
GR und meine Reise zum Erdmittelpunkt
Lloeki
2016-04-20 13:20:36 UTC
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[Allgemeine Relativitätstheorie] sagt im Grunde, dass der Grund, warum Sie gerade am Boden bleiben, darin besteht, dass die kürzeste Entfernung zwischen heute und morgen durch den Erdmittelpunkt führt.

Ich liebe das, nicht zuletzt, weil es unsinnig klingt.

(Aus einem nicht bewerteten Kommentar im Internet)

OK, also ich liebe das auch, aber ist es eine völlig verrückte Beschreibung oder macht es irgendeinen Sinn, in welchem Fall ich heute ernsthafte Erleuchtung erlebe, seit ich das letzte Mal nach Lichtkegeln gesucht habe, die mir erlaubt haben, mich etwas frei zu bewegen, es sei denn insignifikante Nähe mit einer Singularität.

Ich denke, es sagt etwas über das Extremisieren der richtigen Zeit aus.Es ist jedoch sinnvoller zu sagen, dass Sie Pseudokräfte erfahren, weil Sie beschleunigen, da EM-Kräfte Sie antreiben.
Verwandte: http://physics.stackexchange.com/q/3009/2451 und Links darin.
Vier antworten:
Giorgio Comitini
2016-04-20 15:36:48 UTC
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Das ist großartig! Und es macht auch Sinn! (außer einem möglichen Missbrauch des Wortes "Entfernung"). Schauen wir uns die Bewegungsgleichungen von Ihnen in der gekrümmten Raumzeit der Erde an, vorausgesetzt, Ihre Füße berühren nicht den Boden:

$$ \ frac {\ mathrm d ^ {2} x ^ {\ mu}} {\ mathrm ds ^ {2}} + \ Gamma ^ {\ mu} _ {\ nu \ sigma} (x (s)) \ \ frac {\ mathrm dx ^ {\ nu}} {\ mathrm ds} \ frac {\ mathrm dx ^ {\ sigma}} {\ mathrm ds} = 0 $$ Dabei ist $ x ^ {\ mu} (s) $ Ihre Weltlinie, $ s $ ein Parameter

$$ \ Gamma ^ {\ mu} _ {\ nu \ sigma} = \ frac {1} {2} \ g ^ {\ mu \ tau} (\ partielle _ {\ nu} g _ {\ sigma \ tau} + \ partielle_ { \ sigma} g _ {\ nu \ tau} - \ partielle _ {\ tau} g _ {\ sigma \ nu}) $$ mit $ g ^ {\ mu \ tau} $ die Umkehrung der Metrik und $$ g = \ left (1 - \ frac {r_ {s} r} {\ rho ^ {2}} \ right) c ^ {2} \, \ mathrm dt ^ {2} - \ frac {\ rho ^ {2 }} {\ Delta} \ mathrm dr ^ {2} - \ rho ^ {2} \, \ mathrm d \ theta ^ {2} + \\ - \ left (r ^ {2} + \ alpha ^ {2} + \ frac {r_ {s} r \ alpha ^ {2}} {\ rho ^ {2}} \ sin ^ {2} \ theta \ right ) \ sin ^ {2} \ theta \, \ mathrm d \ phi ^ {2} + \ frac {2r_ {s} r \ alpha \ sin ^ {2} \ theta} {\ rho ^ {2}} \, c \, \ mathrm dt \, \ mathrm d \ phi $$ wo $$ r_ {s} = \ frac {2GM} {c ^ {2}} \, \ quad \ alpha = \ frac {J} {Mc} \, \ quad \ rho ^ {2} = r ^ {2} + \ alpha ^ {2} \ cos ^ {2} \ theta \, \ quad \ Delta = r ^ {2} -r_ {s} r + \ alpha ^ {2} $$ mit $ M $ und $ J $ Erdmasse und Drehimpuls.

Die Bewegungsgleichungen können aus der Aktionsfunktion

abgeleitet werden

$$ S [x (s)] = - mc \ int_ {a} ^ {b} \ sqrt {g _ {\ mu \ nu} (x (s)) \, \ frac {\ mathrm dx ^ {\ mu}} { \ mathrm ds} \ frac {\ mathrm dx ^ {\ nu}} {\ mathrm ds}} \ \ mathrm ds $$ wo $ m $ deine Masse ist und, wie die Schwerkraft sagt, spielt es überhaupt keine Rolle, wie du zu Boden fällst. Sie finden die Bewegungsgleichungen, indem Sie S in Bezug auf die Kurve $ x (s) $ minimieren, was einer Minimierung der (richtigen) Zeit entspricht, die Sie auf Ihrer Weltlinie verbringen, mal $ -mc ^ {2} $ (aus diesem Grund Sie eher minimieren als maximieren): \ begin {align} S [x (\ tau)] & = -mc ^ {2} \ int_ \ textrm {heute} ^ \ textrm {morgen} \ sqrt {g _ {\ mu \ nu} (x (\ tau)) \, \ frac{\ mathrm dx ^ {\ mu}} {\ mathrm d \ tau} \ frac {\ mathrm dx ^ {\ nu}} {\ mathrm d \ tau}} \, \ mathrm d \ tau \\ & = \ text{die Entfernung zwischen heute und morgen} \,. \ end {align} Wenn Sie in die Richtung fallen, die Sie mit dem Erdmittelpunkt verbindet, führt die kürzeste Entfernung zwischen heute und morgen tatsächlich durch den Erdmittelpunkt.Der Grund, warum Sie gerade am Boden festhalten, ist, dass der Boden Sie daran hindert, den kürzesten Weg von heute bis morgen zu nehmen, der durch den Erdmittelpunkt führt.

Ein Streitpunkt: Sie maximieren die richtige Zeit entlang Ihrer Weltlinie, nicht minimieren sie.Jede Abweichung von einer Geodät führt zu einer Zeitdilatation und zu einer kürzeren Eigenzeit (vgl. Das Zwillingsparadoxon).
Das Zwillingsparadoxon hat nichts mit Minimierung / Maximierung zu tun.Jeder der Zwillinge reitet entlang seiner eigenen Geodät (wenn wir das Problem angeben, das Problem der unendlichen Beschleunigung zu beseitigen, die ein Zwilling benötigt, um umzukehren; es ist möglich, dies so zu tun, dass das Paradoxon immer noch ein Paradoxon ist,Zum Beispiel durch Hinzufügen eines dritten Zwillings zum Bild), sodass beide ihre eigene Zeit wirklich minimieren / maximieren.
Was die Minimierung / Maximierung betrifft, habe ich, wie Sie sehen, die vollständige Aktion mit einem $ -mc ^ {2} $ vor der richtigen Zeit geschrieben, die erforderlich ist, um die richtige Energie zu erhalten, beispielsweise für a (special) -relativistisches Teilchen und die Bewegungsgleichungen bei Vorhandensein äußerer Kräfte.Die Funktion wird somit minimiert.Ich minimiere wirklich die richtigen Zeitzeiten $ -mc ^ {2} $, die Sie als physikalische Definition der "Entfernung zwischen heute und morgen" interpretieren können (nicht intuitiv, nur weil sie natürlich in den Gleichungen vorkommt).
Wir definieren Dinge immer so, dass sie die Aktion streng minimieren und eine positiv definierte Energie haben.
Im Zwillingsparadoxon reitet nur ein Zwilling eine Geodät;Der andere fährt eine zeitliche Kurve, die keine geodätische Kurve ist (obwohl einige Teilsegmente der Kurve mit einer geodätischen Kurve zusammenfallen können, d. h. Teile der Reise, auf denen der reisende Zwilling nicht beschleunigt).
@NathanReed Lassen Sie mich näher darauf eingehen, was ich meinte.Wie Sie wissen, ist die (mathematisch) einfachere Einstellung für das Zwillingsparadoxon die, die eine stückweise Geodät für den reisenden Bruder verwendet: eine für die Hinreise und eine für die Rückreise.Eine stückweise Geodät ist natürlich keine reine Geodät in dem Sinne, dass sie die geodätische (autoparallele) Gleichung nicht löst: Ihre Lösungen müssen kontinuierliche Ableitungen (d. H. Geschwindigkeiten) haben, was in diesem Fall nicht zutrifft.Trotzdem ist jedes Stück der Kurve eine Geodät und minimiert als solche die richtige Zeit.(Geht weiter)
Das Paradoxon selbst liegt in der Tatsache, dass die Zwillinge unterschiedlich altern, wenn sie mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten reisen.Um dies zu überprüfen, nutzt man die Tatsache, dass die Zwillinge zum gleichen Raumzeitpunkt beginnen und enden, damit sie Informationen über die richtigen Zeiten austauschen können, die sie gemessen haben.Stellen Sie sich jedoch vor, dass am Wendepunkt des reisenden Zwillings ein dritter Zwilling auf einer Kurve fuhr, die nach dem Passieren dieses Punktes die Rückfahrt des zweiten Zwillings reproduziert, als ob die beiden ein Staffellauf laufen würden.(Geht weiter)
Auf diese Weise muss sich der zweite Zwilling nicht umdrehen und zum (räumlichen) Ausgangspunkt zurückkehren.Insbesondere kann jeder der drei Zwillinge dazu gebracht werden, drei verschiedenen wahren (dh nicht stückweise) Geodäten zu folgen: Die zweite kann einfach weitermachen, ohne umzukehren, während die dritte mit der gleichen Geschwindigkeit gefahren werden kannwie er nach der Begegnung mit dem zweiten ist.Wenn sich die Weltlinien des zweiten und des dritten Zwillings kreuzen, können sie Informationen so austauschen, dass der dritte die richtige Zeit des zweiten Zwillings kennt.(Geht weiter)
Die grundlegende Information, die der Dritte benötigt, um den richtigen Zeitpunkt des Zweiten zu kennen, ist, wie schnell sich dieser in Bezug auf seinen eigenen Bezugsrahmen bewegt.Die Tatsache, dass sich die drei Geodäten kreuzen, zusammen mit der Information, dass sich die drei entlang der Geodäten bewegen, die richtige Zeit des ersten zwischen dem zweiten Verlassen und dem dritten Eintreffen und die richtige Zeit des dritten Zwillings zwischen seiner Begegnung mit demzweitens und erstens reichen bei Grundkenntnissen der speziellen Relativitätstheorie aus, um die richtige Zeit zu berechnen, die auf der stückweise geodätischen Kurve verstrichen ist.
Natürlich postulieren wir (wie immer), dass die Beobachter am Schnittpunkt zweier Weltlinien die Geschwindigkeiten des anderen messen können.Auf diese Weise wird der erste Zwilling feststellen, dass seine richtige Zeit länger war als die, die auf der stückweisen Geodät verstrichen ist. Das Paradoxon ist immer noch ein Paradoxon, aber wir verwenden nur Geodäten, um es zu testen.Was ich meinte, als ich sagte, dass das Paradoxon nichts mit der Maximierung / Minimierung der richtigen Zeit zu tun hat, ist im Grunde die Aussage, dass das Paradoxon nur unter Verwendung echter Geodäten formuliert werden kann, wobei die Singularität am Wendepunkt entfernt wird.
Es ist schließlich eine Subtilität.Was Sie am Ende wirklich messen, ist natürlich die richtige Zeit auf einer nicht wirklich geodätischen Kurve, was natürlich nicht maximal ist.
tfb
2016-04-20 15:01:31 UTC
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Was GR sagt, ist richtig: Die gerade Linie zwischen beispielsweise London heute und London morgen ist nicht die Kurve, die die ganze Zeit zwischen London verbringt: Ob sie tatsächlich durch den Erdmittelpunkt verläuft, weiß ich nicht genau.und es hängt davon ab, wie schnell Sie sich bewegen und wo Sie sich befinden.

Die Einschränkung ist, dass die gerade Linie (geodätisch) nicht der kürzeste Weg ist, sondern der längste (es gibt keinen kürzesten Weg) und die Länge die richtige Zeit ist.

Dies steht nicht im Widerspruch dazu, dass Sie andere Pfade einschlagen können: Sie können, aber sie sind nicht extrem lang und daher tritt auf dem Pfad eine Beschleunigung auf: die Beschleunigung, die Sie derzeit am Boden festhält.

Können Sie erklären, in welchem Sinne es der längste Weg ist?
@romkyns Es hat die größte richtige Zeit, oder mit anderen Worten, Sie würden mehr Zeit darauf erleben als auf jedem anderen Weg.Deshalb funktioniert zum Beispiel das Zwillingsparadoxon: Der Zwilling, der eine Beschleunigung erfährt, erfährt auch weniger Zeit als derjenige, der dies nicht tut.
Jeder der Zwillinge reitet entlang einer anderen Geodät, daher ist das Zwillingsparadoxon in diesem Fall kein gutes Beispiel.Beide maximieren / minimieren ihre richtige Zeit bei unterschiedlichen räumlichen Geschwindigkeiten.Man kann das Problem so einrichten, dass keine Beschleunigung erforderlich ist (der Punkt des Paradoxons ist nicht die Beschleunigung, die ein Zwilling benötigt, um umzukehren).
@GiorgioComitini Mindestens einer der Zwillinge fährt in der üblichen Version nicht entlang einer Geodät, während sie sich umdrehen.In der flachen Raumzeit (ohne eine ungerade Topologie) gibt es eine eindeutige Geodät zwischen zwei Ereignissen, sodass das Zwillingsparadoxon überhaupt nicht auftreten kann, wenn sie sich auf Geodäten bewegen.
@tfb Lesen Sie meine Kommentare zu meiner Antwort, dort erklärte ich, in welchem Sinne meine Aussage gelesen werden sollte.
Bence Racskó
2016-04-20 14:57:58 UTC
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Als "visuelle" Beschreibung ist dies sinnvoll.

In GR bewegen sich freie Partikel mit Masse auf zeitähnlichen Geodäten.Eine gebräuchliche Beschreibung der Geodäten sind solche Kurven, die die Pfadlänge lokal minimieren. Diese Beschreibung stammt jedoch aus der Riemannschen Geometrie, nicht aus der Lorentzschen Geometrie, die GR ist.In der Lorentzschen Geometrie sind zeitliche Geodäten diejenigen, die die richtige Zeit lokal maximieren.

Der Grund, warum das Zitat so unsinnig klingt, ist, dass in GR die Zeit ebenfalls gekrümmt ist und sich die Geodäten durch Raum-Zeit bewegen, nicht nur durch Raum.Wenn der Boden nicht unter Ihren Füßen wäre, würden Sie im Laufe der Zeit durch den Erdmittelpunkt fallen, daher könnte man sagen, dass der "Weg mit der größten richtigen Zeit zwischen heute und morgen durch den Erdmittelpunkt führt".

Aber es gibt einen Boden unter Ihren Füßen, der Boden übt eine EM-Kraft auf Sie aus, die Sie von dieser Geodät abweichen lässt, da Sie kein "freies Teilchen" mehr sind.

Streit: Pauli Ausschluss ist keine "EM" Kraft.
@JDługosz Ja, aber das ist nicht die unmittelbare Ursache.Das, was Sie daran hindert, durch den Boden zu fallen, ist die statische elektromagnetische Abstoßung.Sicher, diese Abstoßung würde nicht existieren, wenn PEP die "effektive Größe" der Fermionen nicht einschränken würde, aber das geht zu weit IMO: D Und natürlich wäre PEP * der *, wenn der Druck, den Sie auf den Boden ausüben, groß genug wäreDas einzige, was dir den Weg versperrt, aber das würde der menschliche Körper sicherlich nicht überleben ...
Das glaube ich nicht.Elektrische Abstoßung und Anziehung heben sich auf und bilden keine Barriere.Es ist die Austauschinteraktion, die verhindert, dass Materie sich gegenseitig durchdringt.
Johannes
2016-04-20 19:07:09 UTC
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Dieses Zitat erfordert einige Änderungen, damit es Sinn macht:

"Die Allgemeine Relativitätstheorie sagt im Grunde, dass der Grund, warum ich am Boden bleibe, darin besteht, dass der Weg des maximalen Alterns zwischen 'hier jetzt' und 'hier morgen' durch das Erdzentrum führt."

Wie wirst du "hier" landen, wenn du in den Erdmittelpunkt fallen kannst?
@JDługosz Wenn Sie es vermeiden würden, etwas zu treffen, würden Sie nach einem kurzen Besuch der Antipoden zum gleichen Punkt in Ihrer „Umlaufbahn“ zurückkehren.
Ich sehe nicht, wie relevant das ist, da der Effekt für alle zukünftigen Zeiten gilt und nicht mit der Umlaufzeit zusammenhängt.


Diese Fragen und Antworten wurden automatisch aus der englischen Sprache übersetzt.Der ursprüngliche Inhalt ist auf stackexchange verfügbar. Wir danken ihm für die cc by-sa 3.0-Lizenz, unter der er vertrieben wird.
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