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我试着说说相对论关于参考系以及速度、加速度的看法吧。
[楼主] 作者:俞烨  发表时间:2003/02/07 13:15
点击:648次

世界上不存在绝对静止(绝对速度为0)的物体和参考系。所有物体以及参考系都是相对运动的。试想一个物理图像:好多好多个惯性系,依次按照下述规则排队:1、各相邻惯性系相对速度为无限小;2、定义一个空间正方向(可以随意指定),相邻惯性系对中,位于偏正方向的惯性系,相对于相邻惯性系对另外一个惯性系的相对速度方向,也是空间正方向。就好像自然数按照数字大小排队一样。可以看到,在这个惯性系队列中,包含了无数个惯性系,更包含了无数个绝对速度。没有道理指定其中一个为绝对静止,只可以指定相对于观察者速度为0的惯性系。所以,在考虑惯性参考系的时候,只有以观察者本身为主观参考系的理论,才是真正实在的理论。而建立在虚无缥缈、缺乏哲学根基的绝对空间的物理规律,则不是实在的理论。而观察者自身状态的确定,更是一个难题,因为必须另外再指定一个参考物体作为状态依据。这之间有一个循环定义的矛盾。而狭义相对论相对性原理排除了惯性系之间的优劣差别,即没有具有绝对优势的绝对静止惯性系,那样,就可以把任何惯性系作为一种绝对的参考物体,只要确定了一个物理事件在一个惯性系中的状态,那么可以通过变换,确定该事件在任何惯性系中的状态。这样一来,那个所谓的循环定义矛盾在惯性系范围内就不存在了。而绝对速度也因为绝对空间的不存在而失去了意义。

事实上,惯性系由于引力的普遍存在而根本找不到,惯性系也是一个跟绝对空间相类似的虚幻的概念。正是由于缺乏绝对静止、绝对匀速直线运动的绝对参考系,所以才无法找到任何惯性系。惯性系的根本定义,在于不受任何外力的作用的参考系。可是宇宙中无处不存在引力的作用,只有在遥远的远离一切物体的宇宙空间,才有可能找到十分接近于惯性系的参考系,因为那里的引力作用几乎为0。所以狭义相对论也是一个近似的理论。考虑了等效原理之后,可以认为一个引力空间,可以等效为一个相对加速的参考系,而现实中,只有无限小空间范围内,这种等效关系才能够成立。从引力空间等效于相对加速参考系这点出发,可以得出引力自由落体,等效于相对静止的惯性系。由于只能成立于无限小空间范围,所以称之为局域惯性系。将这个无限小空间放大到一定范围大小,可以看到:一个自由落体的物体,可以认为是一个在这个范围中的惯性系。自由落体运动怎么可能是惯性运动呢?自由落体运动不是加速运动吗?呵呵,只要抛弃“绝对静止参考空间--地球参考系”的观念,就可以理解这一点了。每一个空间点,都对应一个局域惯性系;不同位置的点,对应不同的局域惯性系。而在每一个局域惯性系内,狭义相对论成立。于是,广义相对论就建立起来了。在这里,“绝对加速度”概念,是根本毫无意义的,连加速度概念都失去了原有的重要地位。而“参考系”概念,已经彻底脱离了“绝对参考系”理念范围,从而每一个参考系,都对自己以及自己周围无限小范围内的局域参考系有效。两个相距一定距离的物体之间的比较,必须通过计算两物体之间的相连路径所涉及到的局域惯性系之间的联系(广义相对论就是建立局域惯性系之间的联系规律),才可以进行,通常要用到路径积分。在这里,空间、时间再也不是线性的了,再也不能用简单的加减法进行比较计算。所以,传统意义上的线性的“加速度”概念,在这里失去了原本定义。



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俞烨
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 [2楼]  作者:醉鬼张三  发表时间: 2003/02/07 18:36 

也许这正是相对论产生的哲学基础

确实,宇宙中没有什么优越的惯性系。可以随便找一个。

但是有几条因素,不可不说明。

一,光的直线传播。 一般认为光在真空中只能以直线前行,就是在现在的天文学是发现的光线在不均匀的强引力场中变弯曲,也被冠以空间弯曲的前题,从而决定了光还早按直线前行的。

 有一个天文现象,说人A可以看到黑洞B背后的星光C。 因为星光在经过黑洞附近时弯曲了,所以,理想的状态是,人可以看到位于黑洞另一面的星光,更理想的是看到一个星光圆圈。 按光是直线前行的说法,那么就等于说两点间可以有无穷多的直线了。 不管怎么样,这在欧氏几何中是不可能的,所以要进入到非欧几何中。

那么,我们对于直线的定义是什么? 也许在非欧几何中早有很严密的定义,但是也许就是这很严密的定义,搞的很多怪问题。

 如果我将直线定义为: 空间中两点间最短的那条唯一的连线。<这是线段。可以看做是直线中必有的一些性质。>那么得出的结论就是,A,B,C位于同一直线上,光线是因为引力的作用弯曲而行的, 是直线在引力场中的投影。

 

二,时间,无论如何,在物理中要有时间观念。而测量时间的工具也有很多种。 诚然,在宇宙中没有特殊的惯性系,但是对于时间的划分我们总是趋于统一的。所以,在计算没有地球的时候,我们总是按地球上的年月日时来说明。 而地球的自转周期也从古到今也并不一样,所以,一切都几乎换算为现的的年来计算。这就是标准时间段的划分的问题。  但是另一种划分就是以绝对的观察者的眼光来划分标准时间段。 用銫原子钟在任意时间与地点来度量。然后来说明时间的长短,这样虽然后了相对的理论,可是却使简单的理论变繁杂异常了。 而且产生了一系列的没有必要的怪论。 我想爱因斯坦的相对论是想让问题由繁到简,并不是想让问题由简到繁。

三,光速,因为标准时间段采用绝对的观察者来衡量,而且先定义了光速<用光来确定时间与距离的关系>,所以光速被确定为不变的。 但是这里面明显有些疑点,只是以现在人处于低速惯性系下无法测定它们的自洽程度。<高速与低速下,銫原子钟的振动次数与光在同一时间内经过的同状下的原子数量>。 

四,质速关系,其实我更倾向于逆子的力速关系,两都在同一个惯性系是的加速时表现一样,但是在减速时表现相反。

五,质能关系,质量与能量有着密不可分的关系,但是能量有两部分,一是内能<核能,热能>,二是动能与势能。 我想势能与动能不会与质量有什么关系吧?

 [3楼]  作者:董银立  发表时间: 2003/02/07 19:29 

对,狭义相对论废除了绝对速度,但在狭义相对论中加速度仍然是绝对的。所以狭义皮是错误的,广义毛没有皮!
我试着说说相对论关于参考系以及速度、加速度的看法吧。
[楼主]  [4楼]  作者:俞烨  发表时间: 2003/02/07 21:01 

物体的动能具有很特殊的相对论意义:

可以推导出狭义相对论中,一个静质量为M0的物体,若相对于观察者速度为V,那么其动能是:
E(动能) = (1/β-1)M0 * CC = Δm * cc,其中β=sqrt(1-vv/cc)。可以看出,物体的动能,在狭义相对论中,是动质量与静质量之差,再乘以光速平方。将这个公式按级数展开,近似项就是牛顿理论的经典动能公式:E=1/2 * M0 * VV。

从上面的结论看,牛顿理论的确是狭义相对论的近似理论啊!



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俞烨
[楼主]  [5楼]  作者:俞烨  发表时间: 2003/02/07 21:06 

呵呵,狭义相对论成立于一切局域惯性系中,在每一个局域惯性系中,光速是相等的、坐标是洛仑兹协变的。


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俞烨
 [6楼]  作者:董银立  发表时间: 2003/02/07 21:14 

您也反相?爱的观点是:任何惯性系中光速是相等的,包括在相对“局域惯性系”匀速运动的任何参照系中。
我试着说说相对论关于参考系以及速度、加速度的看法吧。
[楼主]  [7楼]  作者:俞烨  发表时间: 2003/02/07 21:28 

哈哈,你怎么这么理解我上面这句话的?别那么快给偶戴上帽子!


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俞烨
 [8楼]  作者:hudemi  发表时间: 2003/02/07 21:57 

俞烨,好久不见,一直可好?顺祝新春快乐!

俞烨,你好!

好久没见你在此讨论区讨论了,一直可好?祝愿你羊年大吉,财源广进!

不过,从你发的帖子看,你的观点似乎没有多大改变。而我也同样,对相对论仍然有不同意见。不知你收到我的书后有什么看法,你曾说过要专门谈谈意见的,我一直等着。其间,我曾按你留的手机号码多次给你打电话一直没有打通,不知为什么?

希望继续就惯性系的问题作讨论,别忘了,上次我们还没讨论完呢,你说要看看书后再来讨论的(如光行差等),现在怎么样?

 

黄德民

2003。2。7

[楼主]  [9楼]  作者:俞烨  发表时间: 2003/02/07 22:19 

黄德民,给你拜晚年!谢谢!

前一阵子工作实在是忙得没有空暇时间(日本-上海两地跑了近半年),你的书我也只看了前一小半,实在不好意思。过年后可能会空下来一段时间,可以跟你好好理论一番了,呵呵!

工作电脑更换了操作系统,原先的资料在一瞬间全部消失了,包括跟各位的聊天内容纪录(我一直把我觉得重要的有意义的帖子内容保存下来的,可是都没了,唉!),以及各位的email地址。我的手机一直开着啊,号码也没变过。可能不同地区拨号,需要加上额外的数字吧(应该要在最前面加一个0的)。我的联系email地址没变:yy_yu_ye@hotmail.com

对物理的思考也停止了半年的时间了,所以半年内我没什么进步和变化,希望现在开始能够继续更新我的知识库,这需要跟大家不断交流来实现的,黄兄,共同进步吧!

俞烨



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俞烨
 [10楼]  作者:刘久明  发表时间: 2003/02/08 01:15 

看过俞先生的几个贴子,觉得与原guojia_new的风格有所不同,我认为,俞先生是真的成熟了许多,在您的最近的贴子中最大的特点就是阐述比较祥尽。从中也可以看得出,您的基础理论是比较扎实的,记得马应卓先生曾经介绍说您的思维敏捷,考虑问题比较敏锐,我由于只见到过您以前的贴子所以还不太认同,但见到最近几个贴子,我觉得交您这样一个持不同意见的朋友有可能是值的。

首先您相对论关于参考系以及速度、加速度的看法不是空对空的说教,有其自己的感受,并能够细致的说出来,很让人觉得可以进行参考。不要以为所有的反相者都是不学无术的白痴,其实更多的反相者是在完全学习了相对论以后才提出反对意见的(我当然除外,别说相对论,即便是经典力学,也只是按我个人能接受的程度去理解的)。

讨论问题的基本底线是,申述各自的理由,而不是居高临下的说教。而您最近的几个贴子中能够用您所学的知识,您个人所理解的程度,认真的进行讨论,这本什就足以让人更容易接受(指的是您的方法)。

但很明显,您在讨论问题时,带有相对论自身所具有的一切毛病,即前因后果不符;比如说,相对论的两个基本前提其一是相对性原理,其中只有相对性原理是正确的,您却不能敏锐地发现。光速问题是明显的低级问题我不再重复,以免有纠缠不清之嫌。但狭义相对论并没有遵守相对性原理的基本假设,这一点应该是比较明显的,(关于K=1/K‘的问题见我以前的贴子)。我同意相对论是自恰的说法(这应该不是我的主张),但我认为相对论是不协恰的。许多人都认为伽利略变换是狭义相对论的在“某种”情况下的近似,但我认为,更多的人并没有理解伽利略变换的实质,事实上,要更好地应用伽利略变换是非常难的事,而狭义相对论刚好是伽利略变换的在“某种”情况下的代用(还算不上近似)。

以上只是我个人的观点,并不代表任何理论创造人。

下面尽就您贴子中的一些疏忽挑点毛病。

1、关于观察系的确定,您认为只有观察者本身为参考系,而实际上经典力学并没有指明观察者与参考系的唯一性,在经典力学中,一般时不考虑“光信号”传递时间的,因为在经典理力学中从未指明对同一时间必须使用统一观察者,而不同的观察者之间是不需要“光信号”传递的。

2、您认为只要抛弃了绝对静止参考空间,加速度就失去了原有的重要地位,这种说法就连相对论本身也没有谈及过,事实上加速度不管是相对于谁的,其本身都表明自身处在一种有别于其他物体的运动状态之中,其物理意义是明显的。

3、您提到两个相距一定距离的物体之间的比较,必须通过计算两物体之间的相连路径所涉及到的局域惯性系之间的联系才可以进行,所以在这里,空间、时间再也不是线性的了,我个人认为说不通。不管你用什么方法进行计算,终归不要改变空间、时间、质量等概念的原本含义。

4、春节前俞先生让我证明弯尺为题,几乎把我陷入两难的境地,其一春节期间我尽量不与任何人发生争议,其二此题也太难了。

我认为弯尺为题是无法证明的,首先我必须用微积分来证明您拿的是弯尺,但您以规定它是直尺,我必须再用直线去证明您的尺是弯的,而用您的尺测量,我的直线是弯的,这种两难问题在不商量瓶颈的情况下是无解的,您说是吗?

5、关于年提醒我去看程先生的《系统运动力学》我表示感谢,同时我声明,我的任何观点都不是自拟的,也不继承任何人的衣钵。我的观点可以被任何人不加声明的引用而不会影响我个人的得失,希望大家能够接受我的观点,同样也欢迎大家对我的个人观点提出批评指正,更欢迎俞先生进一步批评。

6、您认为每一个参考系,都对自己以及自己周围无限小范围内的局域参考系有效,表面上看,与我的观点冲突不大,但实质上却有很大区别。我认为每一个可以作为参考系的惯性系统,必须与其所观测的运动系处在相同的受力系统中,并且相对于受力系统作匀速运动,只要它满足这个两条件,不管这个范围有多大或者多么小,都可以作为该,它都可以作为这个受力系统的相对静止参考系。由于我很少看别人的书,该认识与别人有什么雷同之出,由于本人既不引用,也不独占,恕本人不承认侵权之说。

再一次感谢俞先生查看我的贴子,耽误了您的更有用时间,表示抱歉。

 

[楼主]  [11楼]  作者:俞烨  发表时间: 2003/02/08 11:08 

刘先生不必客气。

其实一个人的成熟不成熟,看看这个人的耐心既可以知道了。我的耐心一向不怎么好,不过是这段时间以来,稍有提高了吧。

我比较擅长于详细叙述一个自己已经吃透了的概念,毕竟把自己理解过程描述出来,而不是总结性地给出结果教条,参考价值可能更高对吧。看一个问题如果能够看到本质,那是非常有益的,毕竟所有的疑问、问题,很有可能都是建筑在一个不同的本质理解上面。我一直在努力着这么做,有一个成果就是:看到了好多要铲除相对论的人,脑中牢固地印着连他们自己都不自觉的背景时空观,就是绝对时空观,这个背景,可以引申出许多许多的歧义来,比如绝对加速、不可理解质量-速度关系、真实的世界只有一个、永恒的时间-空间等等等等。这种状态,我当然也经历过,也为此而理解不了相对论哪怕一点点。灵感来自偶然吧,我也不记得了,只觉得我脑中的这个绝对时空背景轰然倒塌时候的感受:耳目一新的感受,所以我很希望能够让大家也有此灵感。我以前所做的一切,都是希望从旁敲侧击的方法,让大家逐步认识到绝对时空观的表现是什么,但是这个做法明显地低估了大家的智力,这个我深有感触:遇到了与自己不甚相同的理解,自己往往会努力地寻求别人错误的地方而忽视自己的错误,甚至采用无理取闹的方法。所以我觉得有必要说出我自身的感受、自己当时的觉悟过程,或许能够起作用吧。

那比如刘先生说的:“我认为每一个可以作为参考系的惯性系统,必须与其所观测的运动系处在相同的受力系统中,并且相对于受力系统作匀速运动,只要它满足这个两条件,不管这个范围有多大或者多么小,都可以作为该,它都可以作为这个受力系统的相对静止参考系”,我认为呢,这个说法有一大一小两个层次的问题:大的方面:刘先生的这段描述,完全是放在绝对时空观这个大背景下的描述;小的方面呢,是一些基本概念是值得去推敲的,比如“受力”、“匀速运动”,这两个名词,只有在绝对时空观的背景下,才是很简单很明显的概念,而在放弃了绝对时空观之后,这两个概念将会复杂得多。放弃绝对时空形成了这些概念的简便性的丢弃,可是这么做,在我看来,是必需的,因为虽然基本概念复杂化了,可是这些复杂概念背后的基础根基,就简便了许多,比如相对论的相对性原理,比较伽利略相对性原理,更简单了,可是由此带来的坐标变换,却更复杂了。简单根基复杂概念,和复杂根基简单概念,哪种好呢?很明显,是简单根基的方案更好,因为简单根基能够容纳更多的理论内容和范围。质量、空间度规、时间间隔这三个概念,也不能够先验地、不做任何证明地认为是固定不变的。这三个概念在一个统一的绝对时空观里面,有着唯一的、绝对不变的性质。可是若放弃了绝对时空,那么这些概念的唯一性、绝对性也随之消失。物理图像----测量到的周围事物的时空属性,仅仅适合于测量者本身而已。在绝对时空观下面,加速运动的观察者测量到的物理图像,被认为是严重扭曲的,必须引入“惯性力”来修正。可是在放弃了绝对时空观之后,加速运动的观察者测量到的物理图像,将被认为不需要做任何修正的、直接就是本质的描述。可见,加速运动观察者,在牛顿理论和在相对论中,地位完全不同。所以说,放弃绝对时空,观察者的有效地位也随之上升。那为什么一定要提升观察者的地位呢?因为现实的事实上,如果在牛顿理论下,我们根本无法确定自身处于哪种形式的加速运动中,我们也无法确定该加入哪种形式的惯性力来修正自己的测量结果,结果就是:我们所测量到的一切,都是假的,都不是原来的样子。而采用相对论理论,那么我们位于哪种形式的加速状态,已经无关紧要了,因为我们无论处于哪种加速状态,我们测量到的世界,都是原本的样子,都是不需要任何修正的这就是相对论的重要意义。

关于弯尺的问题,用古典几何方法是不行的啦,最多只能够定性地知道一些弯尺测量的特点。这方面也有完整的理论,比如取消直角坐标轴,用两/三条任意曲线作为坐标轴的曲线几何;取消欧基里德几何学的平行线公理,能够得到两种非欧几何。。用微分几何方法来研究这些,就能够完整地说明如何用弯尺去测量了。这方面有着详细的理论,可以值得我们去好好学习一番,更可以开眼界。

刘先生不必客气,交流真诚就可以了,对吧?



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俞烨

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