Si giras, ¿gira todo el universo a una velocidad superior a la de la luz? ¿O la relatividad realmente no existe?

Primero, es mejor que no nos engañemos jugando este juego solo desde nuestro marco de referencia:

Cuando giras, giras.

Cuando giras, el universo gira en relación a ti.

Comprende que cuando giras, eres el único que gira, y toda percepción que está girando el universo es solo relativa a ti. Usted , de hecho, es el que hace girar el universo girando primero usted mismo.

Ahora con eso fuera del camino, podemos entrar en bits un poco más técnicos.

Eso sí, no soy un físico, y solo he recurrido a IB physics SL, así que si estoy cometiendo algún error sutil, indícalo. Ambos tendremos mucho que ganar con eso.

En física, hay muchas formas de medir y definir la velocidad, o la velocidad a la que algo mueve relativo a otra cosa.

Existe la velocidad común, que es simplemente la distancia total recorrida / tiempo, expresada en metros / segundo.

Luego está la velocidad, que es la diferencia espacial entre el punto / tiempo inicial y final, nuevamente expresada en metros / segundo.

Pero note la sutil diferencia entre los dos. La velocidad es la distancia total , mientras que la velocidad es la distancia más corta derivada usando vectores. La velocidad es una cantidad escalar que mide la distancia absoluta que algo / uno ha recorrido. Mientras que la velocidad es una medición basada en vectores , que toma no solo la cantidad absoluta, sino también el valor direccional.

No conozco tu nivel de conocimiento en física, así que eso puede sonar como un montón de murmullos. Para ilustrar, piense en lo siguiente:

Estoy parado en el punto A, sosteniendo una brújula en mi mano.

Camino hacia el este durante 5 kilómetros, llegando al punto B 50 minutos después.

Luego doy una vuelta de 180 grados, ahora mirando hacia el oeste.

Camino 3 kilómetros hacia el este, y pasé 30 minutos haciéndolo, llegando al punto C

Aquí está la sutil diferencia, cuando mido mi velocidad, obtendré dos resultados completamente diferentes si mido usando una cantidad escalar frente a una cantidad vectorial.

¿Recuerdas que la velocidad es distancia / tiempo total? Si usamos esa ecuación, primero viajé 5 km hacia el este, luego 3 km hacia el oeste. La distancia total que recorrí es de 8 km. Y el tiempo total que pasé caminando es de 80 minutos.

Tome esos números, 8 km / 80 = 0.1 km / min. No tenemos que usar segundos aquí porque los minutos son más adecuados para esta escala.

Ahora veamos mi velocidad, la velocidad es la distancia entre el punto inicial y el punto final / tiempo. Primero caminé 5 km al este, luego 3 km al oeste. Entonces, cuando llegué al punto C, todavía estoy a 2 km de mi punto de partida.

La velocidad es la diferencia entre el punto inicial y el final. Entonces, la distancia que he recorrido en este caso es de solo 2 km, y pasé 80 minutos haciendo eso.

Eso funciona a 0.025 km / min

Mirando lo mismo, pero a partir de dos sistemas de medición diferentes, obtenemos resultados completamente diferentes. En un caso, obtenemos 0.1km / min. Pero cuando medimos mi velocidad, una cantidad vectorial, ¡mi velocidad es mucho más lenta!

Quizás estés pensando, ¿por qué demonios deberíamos confundirnos midiendo las cosas con dos sistemas diferentes?

Bueno querida, aquí es donde finalmente vuelve tu pregunta.

Verá, al medir cosas como un cuerpo distinto que viaja en una línea lineal (recta) a través de un espacio coordinado, la medición en velocidad absoluta funciona. Cuando medimos un automóvil que se mueve en la carretera, funciona simplemente decir que viajó x distancia sobre x tiempo, y deriva una velocidad relativa que todos podemos comprender e imaginar en nuestra cabeza.

Pero cuando se trata de girar u orbitar cuerpos, las cosas se vuelven mucho más complicadas.

Imagine una pelota de baloncesto, descansando en la palma extendida de un jugador de baloncesto.

Luego, con un giro muy rápido de su muñeca, la pelota de baloncesto gira como la Tierra, sostenida por nada más que su pulgar índice, como la imagen de abajo:

Imagine que nuestro jugador de baloncesto es capaz de mantener el baloncesto giratorio para siempre en su dedo índice, y que la pelota no acelera ni disminuye, podemos tomar algunas medidas de la velocidad a la que gira la pelota.

Supongamos que usaremos una medición de velocidad basada en láser muy elegante, muy parecida a la ‘pistola’ de temperatura infrarroja que usa para medir la temperatura de algo lejano apuntando un punto rojo a esa cosa.

Si apuntamos el dispositivo al ecuador de la pelota de baloncesto, mediremos una velocidad de x .

Movimos el puntero más cerca del eje de la pelota de baloncesto (imagine una línea que se dispara desde el dedo índice del jugador, pasando por el centro de la canasta, ese es el eje). Movimos nuestro punto de medición más cerca del eje, y mediremos una velocidad de y, e y < x.

De hecho, ahora movemos nuestro puntero apuntando hacia donde el dedo índice del jugador toca la pelota de baloncesto y tomamos una medida. Obtenemos z , y z será 0.

Entonces, en el ecuador, obtenemos x, luego y, que es más pequeño que x, y finalmente z que de hecho es 0!

Si tienes dudas Puedes tener una idea aproximada al intentar girar una pelota en la vida real. Notarás que el ecuador se moverá mucho más rápido que cerca del eje. Y en el eje, estará quieto.

Entonces, ¿cómo conciliar todo esto? Quiero decir, es todo un baloncesto sólido e integral, y sin embargo, cuando lo giras, ¿obtienes piezas que se mueven a velocidades diferentes? ¿No debería el baloncesto estar destrozándose ahora?

Pero mira, esas preguntas solo surgen cuando piensas en el problema en términos de velocidades absolutas .

Ese no es tanto el caso con la velocidad. Y es por eso que tenemos dos sistemas de medición, para conciliar estas observaciones extrañas que hacemos sobre nuestro mundo.

Ahora piensa en esto. Digamos que la pelota hace 1 giro completo cada segundo (muy lento). Eso significa que si coloca un punto en cualquier lugar de la superficie de la pelota, volverá al mismo lugar después de 1 segundo.

Para recordar, ¿recuerdas la fórmula de la velocidad? Diferencia entre punto y tiempo de inicio y finalización.

En este caso, midamos la velocidad de varias partes de la superficie de la pelota.

Primero hacemos una medida de la velocidad de un punto colocado en el ecuador de la pelota, colocando una pegatina redonda en el ecuador. Como se mencionó, la pelota gira 1 vez por segundo. Entonces, después de un segundo, la misma etiqueta de punto vuelve al punto de partida. Si el punto vuelve a su punto de partida, técnicamente tiene velocidad 0.

Hacemos lo mismo, excepto que esta vez nuestro punto se coloca cerca del eje en la pelota de baloncesto. Tomamos nuestra medida. Y una vez más, debido a que vuelve a su punto de partida después de 1 segundo, también técnicamente tiene velocidad 0.

Entonces, cuando piensas en el baloncesto que gira en términos de velocidad , de repente cada punto en toda la superficie del baloncesto viaja a la misma velocidad, todo a velocidad 0.

Ahora puede parecer extraño que si medimos la bola que gira en velocidad, no tiene velocidad, cuando en realidad está girando. A partir de ahora se vuelve un poco complicado y está más allá del alcance de esta respuesta. Pero si está interesado, debe buscar más en la velocidad angular, que es lo que realmente asigna un valor definido a un cuerpo giratorio.

Por ahora, solo necesita saber que si medimos un cuerpo que gira en términos de velocidad, podrá obtener una velocidad de movimiento uniforme en todo el cuerpo, conciliando las inconsistencias que obtenemos si solo medimos en velocidad absoluta. .

Entonces, ¿cómo se relaciona todo esto con su pregunta? Bueno, si lo piensas, cuando hablas del universo girando, es solo una esfera muy, muy, muy grande como el baloncesto que mencionamos. Si piensa en el movimiento del universo a su alrededor en términos estrictos de velocidad absoluta , claro, en algún momento el universo se moverá a una velocidad mayor que la de la luz. Pero luego está el problema de por qué el universo todavía está intacto, por qué todavía puede ser un todo coherente si el espacio inmediatamente a su lado se mueve a una velocidad subluminal, mientras que si llega lo suficientemente lejos, se movería a una velocidad superluminal ? ¿No debería el universo desgarrarse en el momento en que empiezas a girar?

El hecho de que no se esté desgarrando muestra, más allá de toda duda razonable, que debe estar algo mal con nuestro propio razonamiento, que la forma en que estamos pensando sobre el universo no está en sintonía con la forma en que realmente funciona .

Entonces cambias tu modo de pensar y comienzas a pensar en términos de velocidad. Y de repente, no importa si estás midiendo el espacio a 1 metro de ti, o a un billón de años luz de distancia, todo este espacio se mueve a la misma velocidad uniforme, el universo no se madurará después de todo.

El universo es un misterio líquido y difícil de alcanzar que no podemos esperar comprender sosteniéndolo solo con nuestras propias manos. Se filtrará, se filtrará, encontrará grietas en nuestro pensamiento y vencerá nuestro esfuerzo incompleto. Solo envolviéndolo, conteniéndolo y examinándolo con todo nuestro ser, podremos comprender y maravillarnos de su poder, su grandeza. Y sobre todo, belleza.

Hmmm Dos respuestas hasta ahora: una sí y otra no. Debería ser interesante

De hecho es una pregunta muy profunda. Sí, hay herramientas matemáticas para hacer una transformación a un marco giratorio. En este marco, suceden cosas extrañas (1) los objetos distantes viajan más rápido que la luz, (2) todo el universo giratorio aplica una fuerza que aleja las cosas de su eje. Llamamos a este último “fuerza centrífuga”.

En cierto modo, esto es similar a la cuestión del geocentrismo versus heliocentrismo. Sí, existe un marco de referencia en el que la tierra es estacionaria. Y no, es un marco bastante inútil en el que hacer cálculos que involucran cualquier cosa más allá de su terreno local. Incluso hacer pronósticos meteorológicos simples es imposible a menos que trabaje en un marco donde la tierra está, después de todo, girando.

Cuando gira y adopta su propia posición como el origen de un sistema de coordenadas, los objetos (aproximados como estacionarios cuando no está girando) lejos de su eje de rotación no solo se mueven a velocidades tremendas, sino que también experimentan tremendas aceleraciones hacia su eje de rotación para mantener su distancia constante.

En la mecánica clásica (es decir, sin relatividad o mecánica cuántica), en los sistemas de coordenadas aceleradas en general, existen campos de fuerza similares a la gravedad; crean aceleraciones que dependen de la ubicación. En un sistema de coordenadas rotativas, existen dos de estas fuerzas: la fuerza centrífuga, que acelera los objetos estacionarios alejados del eje, y la fuerza de Coriolis, que acelera los objetos hacia o alejándose del eje, según su movimiento. Para los objetos “estacionarios” mencionados anteriormente, estas dos fuerzas actúan una contra la otra para mantener los objetos a una distancia constante del eje.

La referencia en la pregunta a “relatividad” debe referirse a la relatividad general, que trata con sistemas de coordenadas aceleradas. En el sistema de coordenadas giratorias, el desplazamiento hacia el rojo, o dilatación del tiempo, causado por las enormes velocidades de los objetos distantes se compensa con precisión mediante un desplazamiento azul, idéntico al desplazamiento azul visto desde el interior de un campo gravitacional, causado por las fuerzas que aceleran esos objetos hacia el eje. Por lo tanto, la existencia de esos objetos es totalmente consistente con la relatividad.

¡Si! Es perfectamente correcto describirse a sí mismo como que no gira y, por lo tanto, el universo gira más rápido que la luz a su alrededor. Esto es simplemente una transformación de coordenadas. Para avanzar un paso más, también es correcto, en una situación diferente en la que tanto usted como el universo están en reposo, elegir las coordenadas que se originan en usted y que giran, hasta ahora las coordenadas giran más rápido que la luz.

Hay una rama de las matemáticas llamada geometría diferencial y se aplica ampliamente en la relatividad general en la que surgen tales situaciones y los físicos saben cómo describir correctamente las fuerzas y otros efectos que cada objeto experimenta bajo este movimiento de coordenadas más rápido que la luz.

Después de que Einstein aplicó esta capacidad a la relatividad general, la anunció con orgullo a Ernst Mach, quien primero pensó en esta posibilidad pero carecía de las herramientas matemáticas para lograrlo.

Ten cuidado. La teoría especial de la relatividad de Einstein se aplica a los marcos de referencia inerciales y no a los marcos de referencia rotativos. Son cosas muy diferentes, y el tratamiento de este último es mucho más complejo. Simplemente no puede tomar un aparente “barrido” a la distancia que genera girando como lo mismo que su velocidad relativa en un marco inercial. Las reglas de derivar el movimiento relativo en la teoría de la relatividad especial simplemente no se aplican a tal situación.

No. Tú giras. La causalidad no ha cambiado. Sus posiciones no han cambiado; su distancia desde cualquier otro punto no ha cambiado. Los átomos que lo componen han experimentado cierta aceleración, pero su velocidad con respecto a todos los demás puntos no ha experimentado nada notable.

La relatividad existe.

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