2.S: Плаваючий безкоштовно (резюме)

Last updated
Save as PDF

Page ID: 77706

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

що таке free float кадр і для чого він корисний

Рама з вільним плаванням (також звана інерційною рамою і рамкою Лоренца) забезпечує настройку, в якій можна проводити експерименти без наявності так званих «гравітаційних сил». У такому кадрі частка, випущена з спокою, залишається в спокої частинка в русі продовжує цей рух без зміни швидкості або в напрямку (Розділ 2.2), як заявив Ньютон у своєму Першому законі руху.

Де ця система відліку сидить? Де проходять лінії схід-захід, північ-південь, вгору-вниз? Ми можемо також запитати, де на плоскому ландшафті в штаті Айова ми бачимо лінії, які позначають межі містечок. Бетонний маркер, безумовно, може показати себе як кутовий маркер в місці, де лінія північ-південь зустрічається з лінією схід-захід. Окрім таких доказів на місці, ці лінії значною мірою невидимі. Проте вони служать своїй меті: визначають межі, врегулюють судові позови, фіксують податки. Аналогічним чином уявними здебільшого є годинник і стрижень атрибутика ідеалізованої інерційної системи відліку. Робота уяви хоч і є, вони забезпечують концептуальну основу для всього, що відбувається у світі частинок і випромінювання, мас і рухів, знищень і творінь, поділів і злиття в кожному контексті, де приливні ефекти гравітації незначні.

Наша здатність визначати фрейм з вільним плаванням залежить від того факту, що тестова частинка, виготовлена з будь-якого матеріалу, відчуває однакове прискорення в заданому гравітаційному полі (розділ 2.5).

Біля масивного («гравітаційного») тіла ми все ще можемо визначити кадр з вільним плаванням. Однак у такому кадрі вільні тестові частинки зазвичай прискорюються назустріч або подалі один від одного через неоднорідне поле гравітаційного тіла (розділ 2.3). Це обмежує - як в просторі, так і в часі - розмір фрейму з вільним плаванням, область, в якій закони руху прості. Кадр буде продовжувати кваліфікуватися як free float і спеціальна відносність буде продовжувати застосовуватися, за умови, що ми зменшимо просторовий ступінь, або тривалість часу нашого експерименту, або обидва, поки ці відносні, або припливні, рухи тестових частинок не можуть бути виявлені в нашій обмеженій області простору-час. Саме це робить спеціальну відносність «особливою» або обмеженою (французька: relativité restreinte: «обмежена відносність»). Загальна відносність (теорія гравітації) знімає це обмеження (Глава 9).

Отже, є три центральні характеристики фрейму з вільним плаванням. (1) Ми можемо «позбутися від гравітації», піднявшись на (потрапляючи в) кадр з вільним плаванням. (2) Існування фрейму з вільним плаванням залежить від рівного прискорення всіх частинок у заданому місці в гравітаційному полі - на шляху Ньютона (3) Кожен фрейм з вільним плаванням має обмежену ступінь у простору-часі. Всі три характеристики фігурують у більш повній версії цитати Альберта Ейнштейна, яка розпочала цю главу:

У цей момент прийшла до мене найщасливіша думка в моєму житті... для спостерігача, вільно падаючого з даху будинку, під час його падіння не існує гравітаційного поля - принаймні, не в його безпосередній близькості. Тобто, якщо спостерігач випускає будь-які предмети, вони залишаються в стані спокою або рівномірного руху щодо нього, відповідно, незалежно від їх унікальної хімічної та фізичної природи. Тому спостерігач має право тлумачити свій стан як стан «відпочинку».