Geschreven door studenten die geslaagd zijn Direct beschikbaar na je betaling Online lezen of als PDF Verkeerd document? Gratis ruilen 4,6 TrustPilot
logo-home
Tentamen (uitwerkingen)

Solutions Manual for An Overview of General Relativity and Space-Time (Series in Astronomy and Astrophysics) 1st Edition By Nicola Vittorio (All Chapters, 100 Original Verified, A+ Grade) 3

Beoordeling
5.0
(3)
Verkocht
-
Pagina's
32
Cijfer
A+
Geüpload op
15-12-2024
Geschreven in
2024/2025

Solutions Manual for An Overview of General Relativity and Space-Time (Series in Astronomy and Astrophysics) 1st Edition By Nicola Vittorio (All Chapters, 100 Original Verified, A+ Grade) 3

Instelling
Vak

Voorbeeld van de inhoud

Chapter 7 z




The General Theory of
z z z z




Relativity

Thez Generalz Theoryz ofz Relativityz is,z asz thez namez indicates,z az generalizationz
ofzthezSpecialzTheoryzofzRelativity.zItziszcertainlyzonezofzthezmostzremarkablez
achievementszofzscienceztozdate,zitzwaszdevelopedzbyzEinsteinzwithzlittlezorzn
ozexperimentalzmotivationzbutzdrivenzinsteadzbyzphilosophicalzquestions:zW
hyzarezinertialzframeszofzreferencezsozspecial?zWhyziszitzwezdoznotzfeelzgravity
’szpullzwhenzwezarezfreelyzfalling?zWhyzshouldzabsolutezvelocitieszbezforbidde
nz butz absolutez accelerationsz byz accepted?




Figurez 7.1:zEinstein



151

,152

7.1 The happiest thought of my life.
z z z z z



Inz1907,zonlyztwozyearszafterzthezpublicationzofzhiszSpecialzTheoryzofzRel-
zativity,zEinsteinzwrotezazpaperzattemptingztozmodifyzNewton’sztheoryzofzgra

vitationztozfitzspecialzrelativity.zWaszthiszmodificationznecessary?zMostzemph
aticallyzyes!zThezreasonzlieszatzthezheartzofzthezSpecialzTheoryzofzRel-
zativity:zNewton’szexpressionzforzthezgravitationalzforcezbetweenztwozobjectsz

dependszonzthezmasseszandzonzthezdistancezseparatingzthezbodies,zbutzmakesz
noz mentionz ofz timez atz all.z Inz thisz viewz ofz thez worldz ifz onez massz isz moved,zt
hezotherzperceiveszthezchangez(aszazdecreasezorzincreasezofzthezgravitationalzf
orce)zinstantaneously.zIfzexactlyztruezthiszwouldzbezazphysicalzeffectzwhichztra
velszfasterzthanzlightz(inzfact,zatzinfinitezspeed),zandzwouldzbezinconsis-
ztentz withz thez Specialz Theoryz ofz Relativityz (seez Sect.z 6.2.7).z Thez onlyz wayz

outzofzthiszproblemziszbyzconcludingzthatzNewton’szgravitationalzequationszar
eznotzstrictlyzcorrect.z Aszinzpreviouszoccasionszthiszdoesznotzimplyzthatztheyz
arez“wrong”,zitzonlyzmeanszthatztheyzareznotzaccuratezunderzcertainzcircumst
ances:zsituationszwherezlargezvelocitiesz(and,zaszwezwillzsee,zlargezmasses)z ar
ez involvedz cannotz bez describedz accuratelyz byz thesez equations.
Inz1920zEinsteinzcommentedzthatzazthoughtzcamezintozhiszmindzwhenzwri
tingzthezabove-
mentionedzpaperzhezcalledzitz“thezhappiestzthoughtzofzmyzlife”:

Thezgravitationalzfieldzhaszonlyzazrelativezexistence...zBecausezforza
nz observerz freelyz fallingz fromz thez roofz ofz az housez –
z atz leastzinzhiszimmediatezsurroundingsz–

ztherezexistsznozgravitationalzfield.



Let’szimaginezthezunfortunatezWilezE.zCoyotezfallingzfromzanzimmensezhei
ghtz 1.z Asz hez startsz fallingz hez letsz goz ofz thez bombz hez wasz aboutz toz dropzonz t
hez Roadz Runnerz wayz below.z Thez bombz doesz notz gainz onz Wilez norz doeszitzla
gzbehind.zIfzhezwereztozpushzthezbombzawayzhezwouldzseezitzmovezwithzconst
antzspeedzinzazfixedzdirection.z Thiszrealizationziszimportantzbecausezthisziszex
actlyzwhatzanzastronautzwouldzexperiencezinzouterzspace,zfarzawayzfromzallzbo
diesz(wezhavezgoodzevidencezforzthis:zthezApolloz10–
13zspacecraftszdidztravelzfarzfromzEarthzintozregionszwherezthezgravitationalzf
orceszarezquitezweak).
Mr.zCoyoteziszfatedztozrepeatzthezexperiencezwithzmanyzotherzthings:zrock
s,zmagnets,zharpoons,zanvils,zetc.zInzallzcaseszthezsamezresultszarezobtained:z
withz respectz toz himz allz objects,z irrespectivez ofz composition,z mass,
1Iz ignorez airz resistance

, 153

etc.zbehavezaszifzinzfreezspace.zSo,zifzhezshouldzfallzinsidezazclosedzbox,zhezwoul
dznotzbezableztoztellzwhetherzhezwaszplungingztozhiszdeathz(or,zatzleast,zseverez
discomfort),zorzwhetherzhezwaszinzouterzspacezonzhiszwayztozPlutozatzconstan
tz speed.
ThisziszreminiscentzofzGalileo’szargument:zthezobserverzletszgozofzsomezob
jectszwhichzremainzinzazstatezofzuniformzmotionz(withzrespectztozhim!).zThiszb
ehaviorziszindependentzofztheirzchemicalzorzphysicalznaturez(aszabove,zairzres
istanceziszignored).z Thezobserverz(Wile),zaszlongzaszhezconfineszhis/herzobserv
ationsztozhis/herzimmediatezvicinityz(thatzis,zaszlongzaszhe/shezdoesznotzlookz
down)zhaszthezrightztozinterpretzhiszstatez asz ‘atz rest’.z Justz aszGalileozarguedz
thatzexperimentszinzazclosedzboxzcannotzdeterminezthezstatezofzuniformzmoti
onzofzthezbox,zEinsteinzarguedzthatzexperimentszinzazfreelyzfallingzsmall2zclose
dzboxzcannotzbezusedztozdeterminezwhetherzthezboxziszinzthez gripz ofz az gravit
ationalz forcez orz not.
Whyzwouldzthiszbeztrue?zThezanswerzcanzbeztracedzbackztozthezwayzinzwh
ichzgravityzaffectszbodies.zRememberz(seezSect.z 4.3.3)zthatzthezquantityzwezca
lledzmz(thezmass)zplayedztwozdifferentzroleszinzNewton’szequations.zOnezisztoz
determine,zgivenzazforce,zwhatzthezaccelerationzofzthezbodyzwouldzbe:zFz=zmaz
(thezinertialzmass).zThez otherz isz toz determinez thez intensityzwithzwhichzthe
zsaidzbodyzexperienceszazgravitationalz force:z Fzz=zmMG/r z(thezgravitationalz
2

mass).zAszmentionedzbeforeztheseztwozquantitieszneedznotzbezequal:zthezfirstz
“job”zofzmzisztoztellzazbodyzhowzmuchztozacceleratezgivenzanyzforce,zazkick,zanz
electriczforcez(shouldzthezbodyzbezcharged),zetc.zThezsecondz“job”ztellszthezbo
dyzhowzmuchzofzthezgravitationalzforcezshouldzitzexperiencezandzalsozdetermi
neszhowzstrongzazgravitationalzforcezitzgenerates.zBut,z inz fact,z bothz numbersz a
rez equalz (toz az precisionz ofz tenz partsz perz billion).
Whatz doesz thisz imply?z Well,z fromz Newton’sz equationsz wez get
mMGz MG z
=z ma sozzthat =z a;
r2 r2
thiszequationzdetermineszhowzazbodyzmoves,z whichztrajectoryzitzfollows,zho
wzlongzdoeszitztakeztozmovezfromzonezpositionztozanother,zetc.zandziszindepend
entzofzm!zTwozbodieszofzdifferentzmasses,zcomposition,zoriginzandzguisezwillzf
ollowzthezsameztrajectory:zbeans,zbatszandzboulderszwillzmovezinzthez samez w
ay.
Sozthezequalityzofztheztwozm’szwaszupgradedzbyzEinsteinztozazpostulate:zth
ez PrinciplezofzEquivalence;zzzthisz onez statementz (thatz thez mz inz maz andzthez
mz inz mMG/r2z arez identical)z impliesz anz incrediblez amountz ofz newz and
2Thez reasonsz behindz thez requirement z that z thez boxz bez small z willz becomez clearz soon.

, 154

surprisingzeffects.zThezmzinzFz=zmaziszcalledzthezinertialzmasszandzthezmzinz
Thez mz inz Fz =z maz iszcal mMG/r2zthezgravitationalzmass.zThenzthezPrinciplezofzEquivalencezstateszt
ledzthezinertialzmasszan hatz thez inertialz andz gravitationalz massesz arez identical.
dzthez mz inz mMG/r2zthe
gravitationalzmass
z
Thez wholez ofz thez Generalz Theoryz ofz Relativityz restsz onz thisz postulate,z
Thezinertialzandzgravitat
ionalzmasseszarezidentica
andzwillzfailzifzonezcanzfindzazmaterialzforzwhichzthezinertialzandzgravita-
l ztionalzmasseszhavezdifferentzvalues.zOnezmightzthinkzthatzthiszrepresentszazd

efectzofztheztheory,zitszAchilleszheel.zInzonezsensezthiszisztruezsincezazsinglezex
perimentzhaszthezpotentialzofzdemolishingzthezwholezofztheztheoryz(peoplezha
veztried...hard,zbutzallzexperimentszhavezvalidatedzthezprinciplezofzequiv-
zalence).zOnzthezotherzhandzonezcanzarguezthatzaztheoryzwhichziszbasedzonzaz

minimumzofzpostulatesziszazbetterztheoryz(sinceztherezarezlesszassumptionszi
nvolvedzinzitszconstruction);zfromzthiszpointzofzviewzthezGeneralzTheoryzofzRe
lativityz isz az gemz 3.

ThezcompletedzformulationzofzthezGeneralzTheoryzofzRelativityzwaszpub-
zlishedz inz 1916z (Fig.zz7.2).




Figurez 7.2:z Einstein’sz Generalz Theoryz ofz Relativityz paper.




3Thez Specialz Theoryz ofz Relativityz isz equallyz nice,z itz isz basedz onz thez onez statement z thatz

allz inertialz framesz ofz referencez arez equivalent.

Gekoppeld boek

Geschreven voor

Vak

Documentinformatie

Geüpload op
15 december 2024
Aantal pagina's
32
Geschreven in
2024/2025
Type
Tentamen (uitwerkingen)
Bevat
Vragen en antwoorden

Onderwerpen

$18.49
Krijg toegang tot het volledige document:
Gekocht door 0 studenten

Verkeerd document? Gratis ruilen Binnen 14 dagen na aankoop en voor het downloaden kun je een ander document kiezen. Je kunt het bedrag gewoon opnieuw besteden.
Geschreven door studenten die geslaagd zijn
Direct beschikbaar na je betaling
Online lezen of als PDF


Ook beschikbaar in voordeelbundel

Beoordelingen van geverifieerde kopers

Alle 3 reviews worden weergegeven
7 maanden geleden

1 jaar geleden

1 jaar geleden

5.0

3 beoordelingen

5
3
4
0
3
0
2
0
1
0
Betrouwbare reviews op Stuvia

Alle beoordelingen zijn geschreven door echte Stuvia-gebruikers na geverifieerde aankopen.

Maak kennis met de verkoper

Seller avatar
De reputatie van een verkoper is gebaseerd op het aantal documenten dat iemand tegen betaling verkocht heeft en de beoordelingen die voor die items ontvangen zijn. Er zijn drie niveau’s te onderscheiden: brons, zilver en goud. Hoe beter de reputatie, hoe meer de kwaliteit van zijn of haar werk te vertrouwen is.
PUREGOLDD Teachme2-tutor
Volgen Je moet ingelogd zijn om studenten of vakken te kunnen volgen
Verkocht
11
Lid sinds
1 jaar
Aantal volgers
2
Documenten
335
Laatst verkocht
3 maanden geleden
PUREGOLD

PureGold Test Banks & Practice Exams Graded A+ Looking for relevant and up-to-date study materials to help you ace your exams? Puregold has got you covered! We offer a wide range of study resources, including test banks, exams, study notes, and more, to help prepare for your exams and achieve your academic goals. What\'s more, we can also help with your academic assignments, research, dissertations, online exams, online tutoring and much more! Please send us a message and will respond in the shortest time possible. Always Remember: Don\'t stress. Do your best. Forget the rest! Gracias!

Lees meer Lees minder
5.0

327 beoordelingen

5
326
4
0
3
0
2
0
1
1

Recent door jou bekeken

Waarom studenten kiezen voor Stuvia

Gemaakt door medestudenten, geverifieerd door reviews

Kwaliteit die je kunt vertrouwen: geschreven door studenten die slaagden en beoordeeld door anderen die dit document gebruikten.

Niet tevreden? Kies een ander document

Geen zorgen! Je kunt voor hetzelfde geld direct een ander document kiezen dat beter past bij wat je zoekt.

Betaal zoals je wilt, start meteen met leren

Geen abonnement, geen verplichtingen. Betaal zoals je gewend bent via iDeal of creditcard en download je PDF-document meteen.

Student with book image

“Gekocht, gedownload en geslaagd. Zo makkelijk kan het dus zijn.”

Alisha Student

Bezig met je bronvermelding?

Maak nauwkeurige citaten in APA, MLA en Harvard met onze gratis bronnengenerator.

Bezig met je bronvermelding?

Veelgestelde vragen