Question:
Pourquoi la théorie générale de la relativité d'Einstein ne semble-t-elle pas fonctionner sur Terre?
Nipun Alahakoon
2020-04-13 01:03:21 UTC
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Je suis nouveau en physique et j'ai appris un peu plus sur la gravité du point de vue d'Einstein.L'essentiel est que les objets lourds créent une courbure de l'espace-temps, et les objets en chute libre se déplacent sur les lignes droites de la courbure.

Mais je ne comprends pas comment cela s'applique aux objets sur Terre.Par exemple, pourquoi les éléphants ne courbent-ils pas l'espace-temps et ne font-ils pas passer la poussière autour d'eux?Ou simplement, comment fonctionne la courbure de l'espace-temps à l'intérieur d'une planète?

Vous pourriez poser la même question sur la gravité du point de vue de Newton.Comprenez-vous la réponse dans ce cas?
Dans le cas de Newton, les matières s'attirent.et ce qui explique de son équation et les objets lourds (qui est la terre) attirent les autres objets et comparent à la terre l'attraction des autres objets est insignifiante.
J'ai supprimé un certain nombre de commentaires qui tentaient de répondre à la question et / ou des réponses.Veuillez garder à l'esprit que les commentaires doivent être utilisés pour suggérer des améliorations et demander des éclaircissements sur la question, pas pour y répondre.
Quelques autres commentaires supprimés.Si vous avez des plaintes concernant la modération, veuillez utiliser [meta], pas les commentaires ici.
Comme c'est souvent le cas avec des questions de ce genre, vous avez rendu plus difficile la pose de la question en la formulant comme une question sur quelque chose qui va à l'encontre des faits.La relativité ** semble fonctionner ** à la surface de la Terre pour la simple raison qu'elle fonctionne * partout *, alors demander pourquoi elle ne fonctionne pas, c'est poser une question pour expliquer un mensonge.À l'avenir, essayez de poser des questions plus comme «comment pourrions-nous observer les effets de la relativité générale sur des objets ordinaires de la taille d'un éléphant ou d'une poussière?»ou question similaire qui ne présuppose pas un mensonge.
@EricLippert Vous avez très bien analysé et formulé comment une telle question doit être comprise et traitée par une personne bienveillante ;-).
`` faites en sorte que la poussière les entoure '', en fait, et vous n'avez pas besoin de la gravité d'Einstein pour cela, la gravité de Newton serait très bien.Le problème avec les éléphants, cependant, n'est pas qu'ils ont une petite masse, mais une faible densité.
Sept réponses:
QiLin Xue
2020-04-13 01:17:45 UTC
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La réponse courte: les effets relativistes généraux ne sont généralement pas perceptibles à une si petite échelle (sauf dans quelques cas). Par exemple, une façon courante de caractériser la force d'un champ gravitationnel consiste à utiliser le nombre sans dimension: $$ A = \ frac {GM} {Rc ^ 2} $$ $ G = 6,67 \ fois 10 ^ {- 11} \ text {} \ mathrm {m ^ 3 kg ^ {- 1} s ^ {- 2}} $ span > est la constante gravitationnelle, $ M $ est la masse, $ R $ est la distance à l'objet , et $ c = 2,99 \ times 10 ^ 8 \ text {m / s} $ est la vitesse de la lumière. Pour être directement à côté d'un éléphant africain: $$ A \ approx 10 ^ {- 24} $$ Pour la Terre: $ A \ approx 10 ^ {- 9} $ et même pour le Soleil, $ A \ approx 10 ^ {- 6} $ . Généralement, lorsque $ A \ ll 1 $ les effets sont pratiquement négligeables. En fait, la plupart de la physique qui décrit le mouvement planétaire dans notre système solaire peut être décrite avec précision avec la physique newtonienne standard. Cependant, il existe des cas extrêmement sensibles (par exemple, orbite de Mercure / communication par satellite) où nous devons prendre en compte la relativité générale.

À titre de comparaison, un trou noir (en utilisant le rayon de Schwarzschild) donne une valeur de $ A = 0,5 $ , ce qui est bien plus fort que la signification de notre Soleil devra prendre en compte la relativité générale.

D'ailleurs, même la plupart des effets gravitationnels newtoniens ne sont pas facilement perceptibles à la surface de la Terre.Les souris et les petits rochers ne tournent pas autour des éléphants.Pour à peu près tous les buts quotidiens, la simple gravité galiléenne («tous les objets massifs tombent vers le bas avec la même accélération») est plus que suffisante.
Bien que je ne sois pas d’accord avec la déclaration d’@DoctorNuu, il a un point dans sa réponse.Vous ne pouvez donc pas dire «pas perceptible», mais plutôt «dans la plupart des cas pas perceptible» ou similaire.Le GPS est en fait un bon exemple où il est parfaitement valable.
J'ai supprimé un certain nombre de commentaires et / ou de réponses inappropriés.
Tentative de formulation «appropriée»: toute cette réponse est que «nous ne vivons pas dans un trou noir».Nous le savions.Le point du A sans dimension est plutôt: nous devons ajuster la précision à environ ce facteur pour ** mesurer les effets où Newton et G.R.différer**.Mais ce n'était probablement pas la question du PO.
@IlmariKaronen Maintenant, je veux lire une histoire sur un monde où les souris et les petits rochers gravitent autour des éléphants.
@Mayou36 En effet, remarquez comment j'ai inclus que les appareils sensibles (comme la communication par satellite) peuvent / doivent en tenir compte, bien que je l'édite dans ma première phrase.De plus, dans la plupart des cas, la gravité galiléenne l'explique assez bien.J'essayais seulement de fournir une simple quantification de l'importance des effets.
@IlmariKaronen: Je ne l'appellerais pas vraiment «gravité galiléenne», parce que non seulement cela n'était pas proposé par Galilei, mais il était en fait confus par cela, et c'était l'une des principales raisons pour lesquelles ses théories héliocentriques ont été rejetées.Il a été théorisé depuis l'antiquité classique que c'est la propriété de tous les objets non célestes qu'ils s'efforcent de se déplacer vers le centre de l'Univers (qui est le centre de la Terre sphérique).Sans la Terre au centre, cela ne fonctionnerait pas, donc avant Newton, l'héliocentrisme n'était qu'une théorie marginale qui soulevait plus de questions qu'elle ne répondait.
@user253751 vous pourriez être intéressé par l'incandescence de Greg Egan.Là, les effets de la relativité générale sont perceptibles en observant des roches volantes sans aucun instrument spécial en raison de la situation, euh, précaire dans laquelle se trouvent les protagonistes.
Y a-t-il cette expérience qui peut être faite sur terre?https://youtu.be/Ym6nlwvQZnE?t=50
Pouvez-vous expliquer la signification physique * de A?En tant que tel, ce n'est qu'un petit nombre.Si on le divise à nouveau par c, ou simplement par 10E6, il devient encore plus petit.Oui, la gravité sur Terre est petite par rapport à celle d'un rayon de Schwarzschild.Ce n'est pas une surprise et n'explique rien car ses effets "newtoniens" sont toujours très détectables.
@Peter-ReinstateMonica vous avez raison de dire que cette quantité ne dit pas grand-chose tant que $ M $ est en haut et $ R $ en bas.Cependant, cette quantité * sans dimension * est toujours instructive car elle nous indique leurs pouvoirs.Si nous doublons $ M $ et doublons $ R $, cela nous indiquera que les effets seront généralement similaires (ce que vous ne pouvez pas deviner directement).De plus, cette quantité exacte apparaît dans de nombreux résultats.Par exemple, le décalage fractionnaire de la longueur d'onde d'un rayon lumineux parcourant une distance $ R $ dans un champ gravitationnel $ GM / r ^ 2 $ est $ A $.
Vous devriez probablement clarifier votre dernière déclaration concernant les trous noirs.Faire une comparaison avec le soleil est susceptible d'induire en erreur un profane, puisque la masse et / ou la distance ont changé par rapport à notre situation avec le soleil.En particulier, remplacer le soleil par un trou noir de masse égale garderait la force de son champ gravitationnel ici sur Terre pratiquement identique.
user257090
2020-04-13 12:38:28 UTC
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Bien sûr, il fonctionne sur terre.Considérez simplement ces faits:

  • La relativité générale décrit / englobe également la gravité «standard».Juste d'une manière un peu trop compliquée.
  • Les objets `` lancés en l'air '' ainsi que les satellites suivent exactement lignes «droites» (ou géodésiques) de relativité générale.
  • Le système GPS doit tenir compte des effets relativistes généraux pour atteindre sa précision.
  • Il y a eu des expériences de transport d'horloges dans des avions qui ont exactement confirmé la relativité générale.

Bien sûr, ce n'est pas aussi dramatique que dans les documentaires, mais souvent en science, le spectaculaire est caché dans les détails.

Exactement.Et les éléphants plient l'espace autour d'eux, faisant courber les grains de sable autour d'eux.L'effet est bien trop petit pour être remarqué!
Et non, je n'ai pas oublié de mettre des balises ironiques sur mon dernier commentaire ...
Les éléphants gravitent.La relativité générale est la théorie de la gravitation.Je ne vois pas l'ironie.Ah, il n'y en avait vraiment pas.Tout n'est pas facile.
Eh bien, imaginez un comédien sans aucune formation scientifique qui parle de cette ligne exacte ... La déclaration est saine et vraie, mais je suppose que cela peut sonner comme une satire pour une oreille qui n'est pas habituée à ces questions.C'est pourquoi j'ai ajouté la clause de non-responsabilité.
J'appelle cela le "Pig Pen Effect" après le caractère Peanuts.;)
@cmaster-reinstatemonica Pourrait-on mesurer la "courbure de l'éléphant", même en principe?Et sinon, sommes-nous vraiment justifiés de prétendre que la GR tient à «l'échelle de l'éléphant»?
@LawnmowerMan Eh bien, je suppose que vous * pourriez * effectuer l'expérience Cavendish (https://en.wikipedia.org/wiki/Cavendish_experiment) avec deux éléphants morts.Les résultats ne seraient pas aussi précis en raison du poids différent des deux éléphants, de la densité plus faible des éléphants et donc de leur plus grande distance aux masses d'essai et d'autres effets comme la production de gaz par les carcasses en décomposition, etc.préférez que l'expérience soit faite avec de vieilles boules de plomb simples, pas seulement pour la valeur scientifique ...
Je pensais à des effets de courbure plus spécifiques à GR, comme le glissement d'images.Je suppose que si nous incluons simplement la flexion par gravité des géodésiques, alors c'est trivial.
@cmaster-reinstatemonica Je parie que tout le monde ici est juste * mourant * de voir cette proposition de subvention ... :-D
fraxinus
2020-04-13 13:42:56 UTC
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Cela fonctionne à peu près. Nous vivons simplement dans un environnement où l'approximation newtonienne du GR est assez bonne.

Nous utilisons l'approximation newtonienne

  1. à cause de la tradition,
  2. parce que c'est beaucoup, beaucoup moins compliqué en mathématiques, et
  3. car les résultats de l'approximation sont d'une précision acceptable

Quant à savoir pourquoi les éléphants ne font pas orbiter d'objets autour d'eux:

Tout d'abord, consultez https://en.wikipedia.org/wiki/Hill_sphere.

Pour faire court: les éléphants dans le cas général sont dans la sphère de la Colline de la Terre et c'est la Terre ici qui déforme le plus l'espace-temps. Si vous voulez qu'un objet de la taille d'un éléphant ait ses propres satellites, vous devez le placer quelque part loin de la Terre, de sorte que sa sphère de colline soit plus grande que l'objet lui-même.

ensuite, l'air. L'air interagit avec tout ce qui tente d'orbiter la Terre de manière assez forte. À cause de l'air, chaque orbite képlérienne devient une courbe balistique et l'objet va à la surface de la Terre où l'interaction est encore plus forte que dans l'air.

Claudio Saspinski
2020-04-13 08:05:39 UTC
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Au lieu de la courbure de l'espace-temps, il vaut mieux penser à un autre système de coordonnées.

Par exemple, si quelqu'un est à 1 km du pôle Nord, toute la terre (ou la glace) jusqu'à l'horizon dans toutes les directions (un rayon d'environ 5 km) peut être approximativement par une surface plane.

Même à plat, sur n'importe quel chemin en ligne droite, sauf s'il est radial au pôle, l'itinéraire n'est pas constant, si par route on comprend une direction donnée ( 221 $ ^ \ circ $ par exemple, lorsque $ 0 ^ \ circ $ est la direction Nord. C'est une conséquence de l'utilisation des coordonnées polaires. Mais lorsque les calculs sont corrigés pour l'effet de ces coordonnées curvilignes (dérivée covariante) ils montrent une vitesse droite constante.

De la même manière, dans notre expérience quotidienne d'une constante $ g $ (espace-temps approximativement plat), tout objet tombant a une vitesse non uniforme dans nos coordonnées de l'espace et le temps (et aussi selon nos sens dans ce cas). Mais il suit également une vitesse constante droite, au sens où la dérivée covariante de la vitesse est nulle.

Pourriez-vous préciser la notation que vous utilisez où $ 0 ^ 0 $ représente le nord?Est-ce une façon de coder la latitude et la longitude, ou quelque chose comme ça?
@DavidZ: Dans la notation standard pour représenter l'orientation, 0 ° est plein nord, 90 ° est plein est, 180 ° est plein sud, 270 ° est plein ouest.(Voir [https://en.wikipedia.org/wiki/Azimuth#Navigation[ ](https://en.wikipedia.org/wiki/Azimuth#Navigation).) Cette réponse utilise un exposant-zéro au lieu d'un degrémarque, mais je doute fortement que ce soit destiné à désigner quelque chose de différent.
@ruakh Oh, l'exposant $ 0 $ est précisément la partie dont je parlais, pas la manière standard d'indiquer l'azimut (que je connais assez bien).TBH, il ne m'est pas venu à l'esprit que cela aurait pu être conçu comme une note de diplôme.Je vais éditer, mais Claudio, si ce n'est pas ce que vous vouliez dire, veuillez revenir sur ma modification ou en faire une autre pour clarifier ce que vous voulez dire.
Roman Odaisky
2020-04-14 00:45:34 UTC
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Ou simplement, comment fonctionne la courbure de l'espace-temps à l'intérieur d'une planète?

La courbure de l'espace-temps est très observable sur Terre.En effet, si l'espace-temps n'était pas courbé, alors les objets non perturbés suivraient des lignes droites dans l'espace-temps, en d'autres termes, ils se déplaceraient à des vitesses constantes;mais les objets lâchés au-dessus de la surface de la Terre en s'écartent très visiblement, présentant une accélération vers la planète.

En ce qui concerne les phénomènes sur Terre qui peuvent être expliqués par GR mais pas par la gravité newtonienne, nous pouvons maintenant fabriquer des horloges extrêmement précises que nous pouvons utiliser la dilatation du temps gravitationnelle pour les utiliser comme des appareils de mesure d'élévation glorifiés.

Le rapport dans le lien est confus quant à ce qui est «premier» dans le document de 2018 qu'il résume;voir [ceci de 2005] (http://www.leapsecond.com/great2005/).
Árpád Szendrei
2020-04-14 02:10:36 UTC
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Les éléphants ont une énergie de stress et créent une courbure de l'espace-temps.

Ici sur Terre à petite échelle, les autres forces (EM, faible, forte) dominent la gravité.

Pourtant, vous pourriez demander ce qui se passerait si vous mettiez un éléphant dans l'espace (gravité zéro) et mettez de la poussière autour de lui. La poussière sera-t-elle attirée par gravitation vers l'éléphant? Oui, il sera. C'est ainsi qu'à l'origine les corps célestes ont commencé à se former à partir de la poussière.

En astrophysique, l'accrétion est l'accumulation de particules dans un objet massif en attirant par gravitation plus de matière, généralement de la matière gazeuse, dans un disque d'accrétion. [1] [2] La plupart des objets astronomiques, tels que les galaxies, les étoiles et les planètes, sont formés par des processus d'accrétion.

https://en.wikipedia.org/wiki/Accretion_(astrophysics)

Maintenant, pourquoi ne voyons-nous pas le même effet ici sur Terre d'un éléphant ayant une attraction gravitationnelle visible sur la poussière qui l'entoure? C'est parce qu'ici sur Terre, la courbure de l'espace-temps est dominée par le champ gravitationnel de la Terre, et elle pointe vers le centre de la Terre. La poussière se déplace (sans tenir compte de l'atmosphère) vers le centre de la Terre.

Cela devrait être la réponse acceptée.Árpád explique de manière très pratique comment la GR est applicable partout et répond aux préoccupations du PO concernant les éléphants.
slebetman
2020-04-16 00:00:42 UTC
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Les effets à l'échelle humaine sont normalement trop petits pour être mesurés, mais cela se produit.

La dilatation du temps a été mesurée en utilisant deux horloges précises, l'une installée au niveau du sol et l'autre installée sur une tour (voir: Hafele – Keating_experiment).C'est donc une façon dont la relativité générale affecte les choses réelles à une échelle quasi humaine sur terre.Sur la base de l'expérience, nous pouvons être sûrs que les personnes au sommet des gratte-ciel vivent le temps différemment des personnes dans la rue.

Plus récemment, des chercheurs ont réussi à utiliser des horloges encore plus précises pour mesurer la dilatation du temps en déplaçant l'horloge de quelques centimètres verticalement.(Voir également: https://arstechnica.com/science/2020/04/portable-clock-provides-new-ruler-for-measuring-the-earth/)



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