Geldt de traagheidswet ook bij een absoluut vacuum? - GoeieVraag
erotisi 03 October 2013 11:49
Geldt de traagheidswet ook bij een absoluut vacuum?
Volgens de quantummechanica is zelfs het vacuum niet leeg, en bevat dus energie. Maar stel dat het toch echt leeg is zou het dan kunnen dat voorwerpen die bewegen toch stoppen met bewegen zonder verdere aandrijving?
"Zou het kunnen dat voorwerpen toch stoppen met bewegen zonder verdere aandrijving?" Natuurlijk zou dat kunnen. Althans, in die zin dat het altijd mogelijk is dat de natuurwetten die we tot nu toe hebben ontdekt toch niet juist blijken te zijn. Wat dat betreft is alles mogelijk, alleen hebben we dat nu (nog?) niet ontdekt. Maar als de natuurwetten die we tot nu toe hebben ontdekt juist zijn, zal een voorwerp dat in beweging is, in een vacuum altijd blijven bewegen, met dezelfde snelheid en in dezelfde richting. Althans, zolang er geen krachten op werken.
Cryofiel 09 October 2013 18:59
plus beste reacties
Tot nu toe is er nooit een schending geconstateerd van de "behoud van impuls" wet. Ook op atomaire en subatomaire schaal (elektronen, protonen) blijft die kloppen. Zelfs elektromagnetische straling (licht en zo) houdt zich hier netjes aan. Als de impuls van een voorwerp verkleint, moet er iets anders zijn dat die impuls overneemt. Als je bijvoorbeeld op de fiets niet meer trapt ga je langzamer rijden omdat de luchtmoleculen je impuls langzamerhand overnemen. Je veroorzaakt namelijk luchtstroming.
Reddie 03 October 2013 12:33
Volgens de speciale relativiteitstheorie is er geen absolute standaard van rust. Beweging kan alleen gezien worden als beweging ten opzichte van iets anders. Daaruit volgt dat "stoppen met bewegen" alleen kan betekenen stoppen met bewegen t.o.v. een bepaald referentiepunt. Maar kies je een ander referentiepunt (dat zelf geen krachten ondervindt), dan is er nog steeds eenparige beweging, zoals de traagheidswet voorschrijft. Passen we de algemene relativiteitstheorie toe, dan wordt de redenering wat ingewikkelder. Maar de conclusie blijft hetzelfde: een voorwerp waarop geen krachten werken beweegt eenparig. Maar hoe zit het dan met de quantumfluctuaties in het vacuum? Die zullen door ieder eenparig bewegend object worden waargenomen als gemiddeld genomen in rust. Immers, als we een tendens van beweging in een bepaalde richting zouden waarnemen, zouden we daarmee een standaard van rust kunnen definiëren, en dat kan niet volgens de relativiteitstheorie. Het zou in feite neerkomen op het opnieuw uitvinden van de etherwind, die in het Michelson-Morley-experiment niet kon worden aangetoond en met de acceptatie van de relativiteitstheorie kon worden afgeschaft.
WimNobel 03 October 2013 12:56
Goed verhaal, plus.
Snelheid is inderdaad alleen te merken t.o.v. een referentie.
Maar dat geldt niet voor stoppen met bewegen. Dat vereist een versnelling/vertraging, en dat voel je.
Vincent Icke zegt dit als volgt:
"Je kunt wel vragen of station Woerden langs deze trein komt, maar niet of station Woerden bij deze trein stopt".
03 October 2013 14:14
Leuk citaat van Vincent Icke! Echter is er wel degelijk een absoluut rustpunt te definiëren, althans, ten opzichte van het waarneembare universum. De kosmische achtergrondstraling is uniform verdeeld over de hemel. Bewegen wij echter, dan zal de kosmische achtergrondstraling "voor" ons richting hogere temperaturen verschuiven, en "achter" ons richting lagere temperaturen. Hiermee is dus een stilstand te definiiëren ten opzichte van de kosmische achtergrondstraling, en dus ten opzichte van ons heelal.
03 October 2013 14:48
Er is niet geconstateerd dat de kosmische achtergrondstraling een voorkeursafwijking in enige richting vertoond. De aarde draait met zo'n 900.000 km per uur rond het middelpunt van ons melkwegstelsel. In de redenering van Cryofiel zou de Planck Observatory een voorkeursrichting gevonden moeten hebben als deze er zou zijn. Dat is niet het geval. Kortom, ook de kosmische achtergrondstraling is, net als quantumfluctuaties in vacuum, gemiddeldgenomen in rust voor ieder bewegend object.
03 October 2013 16:28
Kijk naar de drie plaatjes op
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/09/Cobe-cosmic-background-radiation.gif , afkomstig van de Engelstalige Wikipedia-pagina over de kosmische achtergrondstraling. Het bovenste plaatje toont de metingen van de satelliet COBE (Cosmic Background Explorer). Het bovenste plaatje toont de ongecorrigeerde metingen. Je ziet duidelijk de richting waarin de aarde zich beweegt ten opzichte van het universum: dat is richting het midden van het rode deel. Dat we ons bewegen is dus te zien aan de temperatuur van de kosmische achtergrondstraling, zoals ik in mijn vorige reactie schreef. Deze temperatuurverdelng (heter voor ons, koeler achter ons) wordt wel de "dipool" genoemd. In het middelste plaatje is gecorrigeerd voor onze beweging, het plaatje is dus teruggerekend naar een stilstaande aarde. In het onderste plaatje is ook gecorrigeerd voor de (zwaartekrachts)effecten van ons melkwegstelsel.
03 October 2013 16:40
Zie ook http://en.wikipedia.org/wiki/Dipole_anisotropy .
03 October 2013 16:42
Ja, daar heeft Cryofiel absoluut gelijk in. Ik had er trouwens ook wel aan gedacht, maar dacht dat het te ver zou voeren in mijn verhaal. Het is inderdaad een probleem dat aan de ene kant de relativiteitstheorie verbiedt dat er een standaard van rust gedefinieerd kan worden, terwijl aan de andere kant de kosmologie ons een eenduidige keuze oplegt.
Ik zat onderhand ook te bladeren in wiki en vond de volgende relevante passages (in het engels, daar staat het beter geformuleerd):
http://en.wikipedia.org/wiki/Cosmic_microwave_background#Features
http://en.wikipedia.org/wiki/Comoving_coordinates#Comoving_coordinates
Maar ik ben er nog niet uit hoe deze paradox opgelost moet worden. "Comoving cosmic rest frame" betekent in ieder geval dat we in een relatief kleine omgeving van het heelal een standaard van rust mogen toepassen, maar dat die op grotere schaal, vanwege de uitdijing, niet van toepassing is.
Ik lees hier steeds plaats en snelheid ten opzichte van.
In dit geval de kosmische achtergrondstraling.
Dus nog steeds ten opzichte van.!
03 October 2013 17:58
En het haalt nog steeds niet de uitspraak van Vincent Icke onderuit.
03 October 2013 17:59
Het is inderdaad 'ten opzichte van'. Aan de andere kant is de ruimte zélf tijdens de Oerknal ontstaan. Het zou dus vreemd zijn als alle materie die in die ruimte zit en die tegelijk met die ruimte is ontstaan, zou bewegen ten opzichte van die ruimte. Aan de andere kant... dit soort dingen gaat mijn bevattingsvermogen te boven. Begrip is wellicht niet mogelijk. Als we toch mooie citaten gebruiken, noem ik er één van David Mermin, als antwoord aan iemand die klaagde over de onbegrijpelijkheid van de quantummechanische wereld: "Shut up and calculate!"
03 October 2013 18:09
Ik heb niet de bedoeling de uitspraak van Icke onderuit te halen. Maar ik snap hem ook niet echt. Immers "stoppen bij" is toch ook een relatieve uitspraak? "De trein stopt bij het station" en "het station stopt bij de trein" betekenen beide dat hun onderlinge snelheid nul is (en hun onderlinge afstand gering).
03 October 2013 22:24
Wat Icke bedoelde, en wat Reddie benoemde, is dat beweging relatief is, maar versnelling niet. Daarom kun je wel vragen of station Woerden langs deze trein komt. Dat kun je vragen wanneer de trein met constante snelheid langs station Woerden rijdt. Vanuit het station gezien staat het station stil en komt de trein voorbij, en vanuit de trein gezien staat de trein stil en komt station Woerden voorbij. Beide standpunten zijn gelijkwaardig. Maar als het om stoppen gaat, is een versnelling nodig (een afremming is ook een versnelling, namelijk een negatieve versnelling, of zo je wilt een positieve versnelling tegen de bewegingsrichting in). Het is dus, ook volgens de relativiteitstheorie, duidelijk dat de trein bij station Woerden stopt, en dat station Woerden niet bij de trein stopt. Immers, een versnellingsmeter in de trein zal aangeven dat de trein versnelt wanneer hij station Woerden nadert, en dat die versnelling wegvalt wanneer de trein dezelfde snelheid heeft als station Woerden. Een versnellingsmeter in station Woerden zal daarentegen de hele tijd nul aangeven.
03 October 2013 22:30
Aha, nu is het kwartje bij mij gevallen. De trein stopt omdat hij afremt en dus een vertraging ondervindt. Dat kun je van het station niet zeggen.
Maar nu terug naar de achtergrondstraling, c.q. de vacuumfluctuaties. Zouden die in theorie in staat zijn een bewegend voorwerp af te remmen zoals een kogel afgeremd wordt door een muur? Voor de straling denk ik van wel, want fotonen oefenen een zekere druk uit en die is dan van één kant groter. Voor het vacuum ben ik er in mijn oorspronkelijke antwoord vanuitgegaan dat dat niet het geval is, omdat ieder voorwerp ongeacht zijn beweging het vacuum in rust waarneemt. Maar wie het beter weet mag het zeggen.
03 October 2013 22:44
De stralingsdruk is inderdaad hoger in de richting waarin je beweegt (ten opzichte van de straling). Een voorwerp zal dus uiteindelijk tot stilstand komen (ten opzichte van de straling). Dat komt niet alleen doordat de stralingsdruk aan de voorkant hoger is, maar ook doordat de temperatuur van de straling aan de voorkant hoger is, waardoor het voorwerp aan de voorkant warmer wordt. De warmere kant zal meer thermische fotonen uitstralen, die impuls met zich meenemen, en daardoor het uitzendende voorwerp een impuls de andere kant op geven. Overigens geldt bovenstaande alleen voor een niet-roterend voorwerp. Een roterend voorwerp kan een gekromde baan gaan beschrijven doordat de warmste kant opzij gericht is. Hoe het zit met de virtuele deeltjes in het vacuum weet ik niet. Neemt een bewegend voorwerp dezelfde gemiddelde virtuele impuls waar als een stilstaand voorwerp? Alleen dan zullen de virtuele deeltjes geen invloed hebben op de snelheid van het voorwerp. Indien een bewegend voorwerp echter aan zijn voorkant meer deeltjes voelt dan aan zijn achterkant, zal het voorwerp afremmen en is er dus een absolute snelheid te definiëren.
Ik trek mijn eerste reactie in, ik zat er hopeloos naast.
04 October 2013 16:03
Maar om nog even terug te komen op het fenomeen. Als er roodverschuiving is in de richting waarin je je beweegt dan is deze roodverschuiving er dus ook als je de andere kant op beweegt (dus bijvoorbeeld als je aan de andere kant van de melweg bent en je bewegingsrcihting dus tegengesteld is aan je huidige bewegingsrichting). Alleen is de roodverschuiving dan ook aan de andere kant. Als je dat voor probeert te stellen als dat je in een bol bent (de bol is kosmische achtergrondstraling) dan kleurt de bol voor je rood als je naar die kant beweegt en de roodverschuiving draait mee als je bochtjes maakt. Dat betekent dus dat het helemaal niks zegt over waar je je bevindt in de bol en stilstand t.o.v. de achtergrondstraling is dan net zoiets als stilstand t.o.v. de uitdijing van de ruimte (namelijk nietszeggend). Klopt deze redenering?
04 October 2013 16:16
Ik begrijp niet helemaal wat je bedoelt, dus laat ik een poging doen te reageren op mijn beste inschatting van wat je zou kunnen bedoelen. Als ik je niet goed begrijp, hoor ik dat wel van je. Het is middels de kosmische achtergrondstraling inderdaad niet mogelijk te bepalen *waar* je je bevindt. Dat kan sowieso niet: de kosmische achtergrondstraling is afkomstig van de rand van het waarneembare heelal, dus waar je ook bent, je zit altijd precies in het midden van de bol. Je kunt dat ook zo zien: jij bevindt je op een andere plek dan ik, dus jouw waarneembare heelal is een paar kilometer verschoven ten opzichte van mijn waarneembare heelal. Het grootste deel van onze heelallen overlapt natuurlijk, maar ik kan delen van het heelal zien die voor jou onzichtbaar zijn, en jij kunt delen van het heelal zien die voor mij onzichtbaar zijn. Maar beide bevinden we ons in het middelpunt van ons eigen persoonlijke waarneembare heelal. Waar en wanneer we ook kijken. De *snelheid* ten opzichte van het heelal is echter wel te bepalen. We kunnen onze snelheid zo aanpassen dat de kosmische achtergrondstraling, gecorrigeerd voor de zwaartekrachteffecten van de Melkweg en de overige waarneembare materie, in alle richtingen dezelfde intensiteit / kleur / temperatuur heeft. Zodra dat zo is, staan we stil ten opzichte van het heelal. Andersom kunnen we natuurlijk kijken waar de achtergrondstraling het sterkst / blauwst / warmst is, en waar zij het zwakst / roodst / koudst is. Dat geeft onze bewegingsrichting ten opzichte van het heelal. Het verschl in sterkte / kleur / temperatuur tussen "voor" en "achter" geeft onze bewegingssnelheid ten opzichte van het heelal. Zit ik hiermee voldoende dicht in de buurt van wat je vroeg?