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（三）基本参考系
惯性系中牛顿力学定律有一种形式，非惯性系中有另一种形式，本来天经地义。非惯性系中的力学定律，只要比惯性系中的表现形式加一两个与加速度反向的惯性力即可。然而有人搞出力学定律在惯性系与非惯性系都保持同一形式的数学方法，即先确定各是什么形式的坐标系（用坐标系避开了参考系的力学性质），再通过比较麻烦的张量运算来保持某种形式上的一致。用这种数学变换，搞出个不能解决所有惯性系和非惯性系协变的号称物理规律在任何参考系中形式相同的方法，被叫做广义相对性原理。实际上这种变换方法不能称为原理，因为原理是不经修饰或变换的基本道理。更特别的是这个广义相对性原理百无一用，在广义相对论中仅提一下而已，所以连五体投地的维相者都讳莫如深敬而远之。
所谓广义相对性原理是为了解决惯性系无法定义问题搞出的糊弄人办法。你找不到惯性系定义方法不等于别人也找不到，从自然事物的实际出发就会发现找到定义方法并不困难。惯性系物体是总保持匀速直线运动状态或静止状态的物体,它的静止或匀速直线运动状态是如何确定的，如果是相对于某个惯性系而言，那么这个惯性系的确定还要有另外的惯性系，以此类推，形成一条没有尽头的概念链。其实这个问题就像空中悬挂一段链条，你问其中一个环节为什么悬在空中，这个环节说我靠连接我的相邻环节，你只有找到连接链条终端固定某处的钩或环，才能解脱环环相扣的连环链接。
宇宙中一切天体都在运动，而运动又分为不受力（合外力为零）的惯性运动和受力的非惯性运动。实际上真正的不受力的惯性运动是不存在的，人们利用惯性运动采取不严格的惯性运动，对一个合外力微小可忽略的物体，即认为它作惯性运动。惯性系是保持静止或匀速直线运动的参考系，其匀速直线运动显然是相对静止而言的，这个静止是相对谁而言的？看来找到静止是问题的关键。凭经验说，一个物体的静止，一定有一个更大的能使别物体判定为静止的物体为基础。比如，以一个城市为静惯性系，显然是它相对地球表面的静止而言的。我们将地球表面当做更大的静惯性系，地球表面相对谁静止呢？若说是相对地表面上位置不变的物体而言，如此这般又陷入了循环参照。如果我们抵制或避开循环，只看地表面不回头看，就会发现没有比地表面再大的物体，那么这个地表面就可看作地面上物体相对静止的尽头。
由于一切物质都是运动的，所以找不到绝对静止的物体。人类有智慧解决这个问题，提出了“运动是绝对的，静止是相对的”，从大方向上解决了运动和静止问题。一个物体系统中，两个以上物体相互位置不变，我们就说它们相对静止，但是相互的相对静止不能说明问题。再仔细研究会发现两物体有时有某种联系，即一个物体被另一个物体所承载，承载者与被承载者必然存在着静止；被承载者随承载者一道运动且能自由活动，我们就以承载者为静止的根本和源头。地球上一切物体受地球或地面的承载并且以承载者为静止，说一物体静止或运动均指相对地面而言。由此推出：在一个运动的大物体上承载着可移动的小物体，若那个小物体没有移动即可视为它相对大物体静止；若那个小物体在移动，它作匀速直线运动可视为惯性运动，作非匀速运动可视为非惯性运动。
大物体对小物体所属的联系不一定都是承载关系，用包含和被包含代替承载表示可能更好些。地表面的一切物体都小于地表面，都包含于地表面中，地表面与其上静止的物体有互为静止的参照关系，也有包含和被包含的关系，将二者结合可构成有包含的静止关系。这种关系可说明地表面物体与地表面共同静止是包含于地表面以地表面为根本的。由此可说被包含物体从属于包含物体，以包含物体为静止而不管它作何种运动。以上认识和描述的静止有了存在的基础和根据，再进一步便推出基本参考系的概念，从此彻底解决惯性系定义问题。地球是运动的，但对其上再运动的物体就只考虑相对地球的运动不考虑随地球的运动，认为地球是静止的。同理，一列平直轨道上匀速平稳运动的火车，车内的力学实验者可认为火车此时是静止的。
从上述有包含关系的静止出发，本文提出“基本参考系”概念，说惯性系是静止的或匀速直线运动的，就是对这个“基本惯性系”而言的。地球表面及附近空间的一切惯性系和非惯性系都是以地球为参照的，因此地球是相对地球运动的各种参考系的基本参考系。人类制造的宇宙飞船飞离地球在太阳系中活动或飞船飞出太阳系，飞船惯性系即以太阳或太阳系为参照，太阳或太阳系就是基本参照系。研究太阳系的运动及其他恒星系的运动问题，要以银河系或星系核心做参考系，银河系即为基本参考系。综上所述，可将地球称为“第一基本参考系”；太阳系称为“第二基本参考系”；银河系称为“第三基本参考系”。
基本参考系就是惯性系链条的终端，它给参照系一个终端的参照基准，从根本上消除了惯性系概念定义的连环参照问题。若问惯性系以谁为参照，只要说相对基本参考系即结束继续链接参照。有了基本惯性系概念，地面上区域的局部的静参考系，就有了依托和根据。基本参考系也在运动，但不用考虑是惯性运动还是非惯性运动，因为别的物体被它们包含且随其一道运动。以前人们说参考系或许受普适思想影响，总是脱离地面、地球、太阳和太阳系的基础和作用，去搞不切实际的空泛参考系的作法应该终结了。
过去惯性系定义中存在的连环参照，在应用上并没产生什么错误和不适当，是因为人类应用的任何参考系都包含在基本参考系中，说静止或匀速直线运动不论对谁而言，最终还是相对于地球或太阳基本参考系的。根据研究目标的活动范围选取不同层次的基本参考系，就不需要寻找和比较哪种参考系更优越了。基本参考系说在力学上有重大意义，基本参考系概念应该提到原理的高度。
注：本文是关于参考系的较长篇幅文章中的一节，因本坛高手林立，大家不喜欢长篇大论，所以把其中的几节先拿出发表。
作者：郭连成 |