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三问沈老师
[楼主] 作者:jhldjam  发表时间:2009/03/27 15:46
点击:377次

李老师:

 真的很感激您的耐心解释,使我了解到以前一直未曾考虑过的问题。

必需表达歉意的是上次提问时我没有弄清你要表达的意思,所以曲解了。

今天查了大量相关资料,才知道你的解释确实是主流观点的解释,其实

老师说的引力磁场效应就是参考系拖曳效应。然而将这些解释联系到

SAGNAC效应上仍然不能得到令人满意的结论,“因为参考系拖拽也

常常被叫做兰斯-蒂林效应(英文:Lense-Thirring Effect

兰斯和蒂林预言物体的转动会导致其周围时空参考系的改变,

从而使周围物体的位置和牛顿力学下的经典结果产生偏差。不过理论

预言这种偏差将非常之小,大约只有几万亿分之一”

下面我先将主流观点的解释付上,然后再谈我们的看法:

 

*********************以下维基百科词条-----引力磁性******************************

引力磁性(gravitomagnetism或gravitoelectromagnetism, GEM)与电磁学>中的磁性>并无直接关联,它指得是引力>(引力>, gravity)的相伴场。这个称呼来自于其与电磁学的类比性:旋转的电荷除了原先即有的电场>外,还会产生磁场>;当质量>旋转时,除了原先即有的引力场>外,还会出现引力磁场。这是广义相对论>中自然而然的预测,其中最简单形式的引力磁性效应常被称为参考系拖曳效应>(frame dragging effects)。

  数学形式

类似麦克斯韦方程组>,\mathbf{E}用以表示引力场>,\mathbf{B}即为引力磁场G\,是引力常数>,c是真空中光速>,\rho\,\mathbf{J}分别为质量密度(标量)与质流密度(矢量):

 \nabla \cdot \mathbf{E} = -4 \pi G \rho \
 \nabla \cdot \left( \frac{1}{2} \mathbf{B} \right) = 0 \
 \nabla \times \mathbf{E} = -\frac{1}{c} \frac{\partial \left( \frac{1}{2} \mathbf{B} \right)} {\partial t} \
 \nabla \times \left( \frac{1}{2} \mathbf{B} \right) = \frac{1}{c} \left( -4 \pi G \mathbf{J} + \frac{\partial \mathbf{E}} {\partial t} \right) = \frac{1}{c} \left( -4 \pi G \rho \mathbf{v}_{\rho} + \frac{\partial \mathbf{E}} {\partial t} \right) \

 参考文献

**********************以下维基百科词条-----惯性系拖拽***************************

爱因斯坦>的广义相对论>预言了处于转动状态的质量>会对其周围的时空>产生拖拽的现象,这种现象被称作参考系拖拽(英文:Frame-dragging)或惯性系拖拽(英文:Inertial frame dragging)。因转动而产生的参考系拖拽的相应理论最早由澳大利亚>物理学家约瑟夫·兰斯(Joseph Lense)和汉斯·蒂林(Hans Thirring)于1918年通过广义相对论推导出,因此参考系拖拽也常常被叫做兰斯-蒂林效应(英文:Lense-Thirring Effect[1]>[2]>[3]>。兰斯和蒂林预言物体的转动会导致其周围时空参考系的改变,从而使周围物体的位置和牛顿力学>下的经典结果产生偏差。不过理论预言这种偏差将非常之小,大约只有几万亿分之一。想要在实验中观测到这种现象,需要对大质量的旋转物体(例如行星>或恒星>)使用高灵敏度的仪器进行探测,例如围绕地球>公转>的人造卫星>轨道会因地球自转而产生细微的变化。更一般的,这种由加速质量而产生的引力场变化可以归结到引力磁学>的研究领域。

参考系拖拽的分类

转动的参考系拖拽(兰斯-蒂林效应):广义相对论和引力磁学等有关替代理论都预言处于转动的大质量物体周围会产生参考系的拖拽。根据兰斯-蒂林效应,一个处于远处的观察者将看到围绕中心物体转动的参考系>内的时钟走得最快;这也说明在观察者看来,与物体转动速度方向相同的光将比与转动速度方向相反的光走得更快。兰斯-蒂林效应是最著名的广义相对论效应之一,这要部分归功于引力探测器B>的实验观测。

直线的参考系拖拽:类似于转动产生的参考系拖拽,沿同一方向的动量变化也会产生类似的效应。尽管这种由同向加速产生的效应被有争议性地和转动产生的参考系拖拽效应等同,由于实验验证的高度困难它常常在有关介绍中被忽略,不过爱因斯坦在其1921年的著作《相对论的意义》中叙述了这种效应[4]>

静止质量的增加:这是爱因斯坦在同一著作中提到的第三种效应[5]>:当周围有质量存在时,一个物体的惯性会增加。尽管严格说这不是一种参考系的拖拽(而爱因斯坦在论文中并未使用参考系拖拽一词来概括这几种效应),爱因斯坦在广义相对论下使用了与以上两种参考系拖拽效应相同的推导过程得到了这种效应。同样,这也是一种非常微小的效应,在实验中难以观测。

*********************以上为维基检索结果********************

三问沈老师:

(1)如以上资料所述,引力磁场效应即:参考系拖拽效应。事实上,这种

效应很微弱,它比牛顿力学下的经典结果只偏差几万亿分之一。而我们知道

迄今对SAGNAC效应的解释都是基于经典理论的,而且能得到完美解释。

如果这种拖拽效应产生的偏差只及经典理论几万亿分之一,那么用这种解释

来为等效原理辩护是难以置信的。

(2)从参考系拖拽效应看来,如果干涉仪不动,地球转动那么SAGNAC效应

同样会出现(这里暂不考虑马赫原理,不影响这里要讨论的结果),即干涉

条纹发生移动。但是从计算结果来看,干涉仪以某一角速度转动时产生的

条纹移动量,如果用参考系拖拽来解释,那么地球必需要以比这一速度高得多的

速度转动才能达到相应的移动量。这意味着地球转动还是干涉仪转动产生的结果

是不一样的,加速度就不具相对意义了,这与相对论有矛盾。

 

 

 

 

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[楼主]  [2楼]  作者:jhldjam  发表时间: 2009/03/31 18:09 

对不起沈老师,上面打成李老师了。

这里给出引力磁性的链接:

http://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=%E9%87%8D%E5%8A%9B%E7%A3%81%E6%80%A7&variant=zh-cn>

参考系拖曳的链接:

http://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=%E5%8F%82%E8%80%83%E7%B3%BB%E6%8B%96%E6%8B%BD&variant=zh-cn>

总的看来用引力磁效应解释SAGNAC效应可能很难令人信服,因为参考系拖曳的影响很小

只有比经典结果偏几万亿分之一。

而且引力探测器B实验化费7亿5千万美元也未测得此效应,如果只需化上几千美元便能从

光学陀螺仪上测得这种参考系拖曳效应,我们认为美国那么多科学家是不会做那样的蠢事的。

引力探测器B链接:

http://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=%E5%BC%95%E5%8A%9B%E6%8E%A2%E6%B5%8B%E5%99%A8B&variant=zh-cn>

不知沈老师是怎样看的?

 [3楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2009/04/01 03:47 

三问沈老师:

(1)如以上资料所述,引力磁场效应即:参考系拖拽效应。事实上,这种

效应很微弱,它比牛顿力学下的经典结果只偏差几万亿分之一。而我们知道

迄今对SAGNAC效应的解释都是基于经典理论的,而且能得到完美解释。

如果这种拖拽效应产生的偏差只及经典理论几万亿分之一,那么用这种解释

来为等效原理辩护是难以置信的。

【【【【【SHEN RE: 你这个问题问得很好。实际上,引力磁场效应分两种,一种与引力常数G有关,是真正的引力磁场效应。因为与引力常数G有关,所以它非常微小;另一种属于非惯性效应,是等效的引力磁场力效应,与引力常数G无关,如经典力学中的科里奥利力,就是一种等效的引力磁场力效应。这两种效应,在广义相对论中,可以统一在同一个数学框架里面。
迄今对SAGNAC效应的解释都是基于经典理论的,本质上与科里奥利力有关,是比较大的等效引力磁场效应。】】】】


(2)从参考系拖拽效应看来,如果干涉仪不动,地球转动,那么SAGNAC效应

同样会出现(这里暂不考虑马赫原理,不影响这里要讨论的结果),即干涉

条纹发生移动。但是从计算结果来看,干涉仪以某一角速度转动时产生的

条纹移动量,如果用参考系拖拽来解释,那么地球必需要以比这一速度高得多的

速度转动才能达到相应的移动量。这意味着地球转动还是干涉仪转动产生的结果

是不一样的,加速度就不具相对意义了,这与相对论有矛盾。

【【【SHEN RE: 的确是不一样的。
地球不转动,干涉仪转动,得到SAGNAC效应;干涉仪不动,地球转动得到的SAGNAC效应,这是两种完全不同的SAGNAC效应,不具有可比性。
确切地说,前者属于与等效引力磁场效应有关,实际上与科里奥利力有关。后者是真正的引力磁场效应,与引力常数G有关。
我认为,这是不可比较的,它们本质上属于两回事。你似乎认为它们是同一事物的两种体现,但我不这样看。】】

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