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回复清华**,欢迎提出意见!
[楼主] 作者:jiuguang  发表时间:2003/09/26 23:55
点击:249次

 首先感谢清华某先生给我提了很多意见。看全文需要告诉我你的E-Mail,我可以发过去。我的E-Mail:liu_zbo@163.com

摘要:绕地球铺设一条光缆,可以进行环球通信实验。实验结果将证明[[既是“将证明”,因此这是一个理想实验,只服从逻辑]]yes,相对于光缆和地心惯性系(ECI),光速不可能都是常数[[完全正确。关键问题是这里所指的“相对于光缆和地心惯性系”的“光速”并非真空中的光速,而是光缆中的光波速度。否则就没有必要涉及光缆,提地面的一般附着物就可以了]]不错,证明的是c/n不是常数,即使n是常数。当两个光脉冲反方向沿光缆环绕地球一周时,返回时间可相差约400ns ,这个差值可以准确的用原子钟测出来[[如果真是环绕地球一周,则只用了一个原子钟测量时间差,与什么坐标时无关]]‘是,以下是另一个问题’。国际标准用坐标时间作为标准时间,这意味着从ECI到固定在地球上的地心参考系(ECEF)之间的时空变换,用的仍然是伽利略变换,用两个标准时钟测光速[[请告诉我两个标准时钟是怎么同步的]]‘标准和实现是两回事。可用GPS实现’,则光速为c+vc-v[[又是测的什么中的光速]]‘通过大气的电磁波’ 。但另一方面,国际标准又是以光速为常数规定长度单位m的。按此标准测量环球光缆的长度,则会从两个方向测到两个不同的标准长度值,且相差约120m [[既然是理想实验,我没有看到逻辑过程,也就不知道这些数字的来龙去脉]]‘需要看国际标准’。这个问题似乎并没有得到很好的解决。问题的关键是,我们无法建立一个覆盖全球、又符合相对论的时空坐标系。即使用爱因斯坦的时空连续统,在非欧时空内使用高斯坐标系,甚至放弃独立的时间坐标,也未曾见到成功的建立覆盖地球的时空连续统的例子,至少不可能有独立的时间坐标[[严格说来是没有独立的时间坐标‘你似乎没明白独立的时间坐标系,就是说只有时空坐标,没有时间坐标’。坐标时UTC只是一种时间服务,是在两个独立时间系统——天文时间和原子时间——之间建立协调关系的一种非独立时间系统,就我所知是通过规定一种不断“对钟”的过程来建立某种“同时”,也就是将地球各处的钟协调到一套原子时。UTC还要在原子时和天文时之间通过闰秒的方式进行协调。由于是在非均匀引力场中,UTC的“同时”在全局上达不到动力学“同时”的要求,因而并不是严格逻辑上的时间坐标,但这种“对钟”过程使同在一个局部的钟系可以达到动力学同时。在全球尺度上的相对论动力学研究本来就不该用UTC,而应该就具体实验设计具体的符合动力学要求的计时方法。但UTC在导航、历法、工业标准中却是足够了。]]在地球上是有全局性时空坐标系的,GPS已经做到了,即为地球及一定高度下运动的物体,的每一点、每一时刻都给出对应坐标(经度,纬度,海拔,时间),现在可达到的定位精度是30cm,相应的时间精度就是1ns。国际标准还规定CAI为地心坐标时,GPS用的也是坐标时。用坐标时则光速相对于地球不再是常数。如果坚持光速是常数,如广义相对论,则没有时空坐标系,因为每个事件不能对应唯一的时间。——如果两个刚发射弹道导弹的弹道将相交,那么导弹是否会相撞呢?用广义相对论有解吗?——还是要用牛顿力学和统一时间。

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 [2楼]  作者:清华小猪  发表时间: 2003/09/27 09:37 

回复:愿意探讨
请将论文全文发给fengweidong@tsinghua.org.cn
 [3楼]  作者:清华小猪  发表时间: 2003/09/27 10:48 

回复:意见
摘要:绕地球铺设一条光缆,可以进行环球通信实验。实验结果将证明[[既是“将证明”,因此这是一个理想实验,只服从逻辑]]yes,相对于光缆和地心惯性系(ECI),光速不可能都是常数[[完全正确。关键问题是这里所指的“相对于光缆和地心惯性系”的“光速”并非真空中的光速,而是光缆中的光波速度。否则就没有必要涉及光缆,提地面的一般附着物就可以了]]不错,证明的是c/n不是常数,即使n是常数[[小猪:折射定律只用于介质静止的情形,如果介质运动,则介质中的光速相对于静止观察者就不再是c/n]]当两个光脉冲反方向沿光缆环绕地球一周时,返回时间可相差约400ns ,这个差值可以准确的用原子钟测出来[[如果真是环绕地球一周,则只用了一个原子钟测量时间差,与什么坐标时无关]]‘是,以下是另一个问题’。国际标准用坐标时间作为标准时间,这意味着从ECI到固定在地球上的地心参考系(ECEF)之间的时空变换,用的仍然是伽利略变换,用两个标准时钟测光速[[请告诉我两个标准时钟是怎么同步的]]‘标准和实现是两回事。可用GPS实现’[[这个标准是全球时间服务标准,动力学研究在逻辑上不能用它。GPS实现就是我后面提到的不断“对钟”的过程。为什么要不断对钟?本质上是因为用这个时间体系的各点不是同在一个局域惯性系中,没有相同的时率。我在另一帖“尺缩钟慢的误导中”已经指出不在同一点的钟本质是不可比较的,最多只有一种操作上的“对钟”过程]],则光速为c+vc-v[[又是测的什么中的光速]]‘通过大气的电磁波’[[GPS卫星在11000公里高处,理论上可测大气层外也就是真空中的电磁波]] 。但另一方面,国际标准又是以光速为常数规定长度单位m的。按此标准测量环球光缆的长度,则会从两个方向测到两个不同的标准长度值,且相差约120m [[既然是理想实验,我没有看到逻辑过程,也就不知道这些数字的来龙去脉]]‘需要看国际标准’。这个问题似乎并没有得到很好的解决。问题的关键是,我们无法建立一个覆盖全球、又符合相对论的时空坐标系。即使用爱因斯坦的时空连续统,在非欧时空内使用高斯坐标系,甚至放弃独立的时间坐标,也未曾见到成功的建立覆盖地球的时空连续统的例子,至少不可能有独立的时间坐标[[严格说来是没有独立的时间坐标‘你似乎没明白独立的时间坐标系,就是说只有时空坐标,没有时间坐标’[[是的,只有时空连续体]]。坐标时UTC只是一种时间服务,是在两个独立时间系统——天文时间和原子时间——之间建立协调关系的一种非独立时间系统,就我所知是通过规定一种不断“对钟”的过程来建立某种“同时”,也就是将地球各处的钟协调到一套原子时。UTC还要在原子时和天文时之间通过闰秒的方式进行协调。由于是在非均匀引力场中,UTC的“同时”在全局上达不到动力学“同时”的要求,因而并不是严格逻辑上的时间坐标,但这种“对钟”过程使同在一个局部的钟系可以达到动力学同时。在全球尺度上的相对论动力学研究本来就不该用UTC,而应该就具体实验设计具体的符合动力学要求的计时方法。但UTC在导航、历法、工业标准中却是足够了。]]在地球上是有全局性时空坐标系的,GPS已经做到了[[GPS没有做到,做到的只是一种实用目的的时空坐标,而不是动力学上严格的时空坐标,关键在于地球上的时空弯曲很小,可以有近似的全局时空坐标。这种时空坐标如果不通过不断“对钟”(利用GPS实现的)过程来消除累积误差,很快就会解体。而在均匀时空中,铯原子钟的稳定性可是三百万年误差不超过一秒啊。由于地球的自转,地球赤道上相对的两个钟就就是相对运动的,在狭义相对论中它们已经属于不同的时空坐标系了,在GPS中用“对钟”方法强制将它们同步,您能认为这种“同步”可用于动力学研究吗?]],即为地球及一定高度下运动的物体,的每一点、每一时刻都给出对应坐标(经度,纬度,海拔,时间),现在可达到的定位精度是30cm,相应的时间精度就是1ns。国际标准还规定CAI为地心坐标时,GPS用的也是坐标时。用坐标时则光速相对于地球不再是常数[[但这恰恰证明坐标时不是动力学严格的时间,因为同样是国际标准规定了用真空光速来定义米长的。如果真空光速不是常数,用它来定义米就是不合逻辑的。]]。如果坚持光速是常数,如广义相对论,则没有时空坐标系,因为每个事件不能对应唯一的时间。[[广义相对论中的光速不变原理比狭义相对论中要复杂。广义相对论中的光速不变是真空中的固有光速不变(是局域化地测定的)。如果用不在同一局域惯性系中的长程平均光速来衡量,光速的确是可变的]]——如果两个刚发射弹道导弹的弹道将相交,那么导弹是否会相撞呢?用广义相对论有解吗?——还是要用牛顿力学和统一时间[[广义相对论当然有解,只是比较复杂而已,在地球这种弱引力场中,还不如用牛顿力学求解再加上相对论修正,这正是GPS所用的方法。但在宇宙学研究中,广义相对论是不可或缺的理论工具]]

[[重发一下GPS介绍,以便其他读者理解。

GPS采用了虚拟的地心球坐标系,给出位置坐标的方式是(经度,纬度,高度)。零高度是一个虚拟椭球,与海平面并不重合。

二十四颗GPS卫星每毫秒以双频微波发送一次测距信号,同时还周期性地发送星历——即任意时刻卫星的坐标(可以理解为轨道方程)——和一些修正参数。

地球上任一角落的GPS定位仪总可以同时看到至少四颗GPS卫星,这得益于卫星的合理分布方式。每颗卫星的星历都会下传保存到每个定位仪中。定位信号含有该信号的发出时刻,定位仪收到定位信号时与自己内部的时钟比较就可以知道信号的传播延时,从而计算出定位仪与该卫星的直线距离。定位信号中还有发送该信号的卫星的编号,因此定位仪可以从星历中知道该卫星的坐标。理论上,知道了定位仪与三颗已知坐标的卫星的距离,就可以算出定位仪的坐标(三个方程解三个未知数)。但实践上由于定位仪的的内部钟是石英钟,达不到原子钟的精度,同步性是不够的。因此时间误差也作为一个未知数,这样就要求四个方程,所以需要第四颗卫星。


因此定位仪不仅可以定位,还可以定时。事实上有些定位仪就只用于定时——与GPS原子钟时间同步。而GPS原子钟时间由地面站进行同步。)——当然这种同步是相对的,另一个参考系是不会同意它们真同步的。但就实用目的而言,我们只需要在自己的坐标系中自洽地运用“同时”就行了。甚至于完全自洽都不必要,只要误差可以接受就可以了。


由于卫星在引力场中运行,狭义和广义相对论效应会使其时钟变慢,因此星历中会有修正参数。这就象两个走速不一样的钟,以其中一个为标准钟不断地对钟。这里就是通过修正参数使所有卫星GPS钟与地面钟同步(当然卫星钟物理速率是不需要改变的,修正的只是数学计算)。而卫星还会因为地球公转岁差、太阳风等各种因素偏离轨道,所以GPS地面测控站不断跟踪修正星历,并上传到卫星,定位仪再下载替换自己保存的星历。


相对论效应是做为修正参数而存在的,这不仅体现在卫星原子钟时间修正上,而且体现在测距时根据多普勒效应修正距离。其它修正还包括电离层、大气层的偏折和延时、多重路径等。如何更好地修正各种影响至今仍在研究,以期生产出更好的定位仪。


至于用三角法求解定位仪的坐标时,是用广义相对论的弯曲空间,还是用欧几里德几何的平直空间,本人所知有限,也没有看到报导。记忆中看过一个数据说两种方法的结果差别绝不会达到一英尺。]]

[楼主]  [4楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2003/09/27 23:22 

在北大网站上以有部分回答,并有专家的回帖

在北大‘物理争鸣’网站上有我的帖子‘相对论的悲哀’,并有刘川(北大教授,博导)的回帖,见http://www.phy.pku.edu.cn/wwwboard/board.php?n=-2&offset=0>

这说明已有专家看过。在几个帖子中对部分意见已作了回答。其余部分以后再答。

 

 [5楼]  作者:无尘宗禅  发表时间: 2003/09/27 23:41 

你说的专家对你的东西提出了否定的看法。
不是吗?
[楼主]  [6楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2003/09/29 08:45 

无尘先生不妨在北大网站上发个回帖,或许会有专家的关注

刘川是北大物理学院博士生导师,称专家不妥的话,就应该是权威了。如果你发个回帖的话,有专家看的可能性是很大的。

其实,我说的东西刘川先生是很明白的,有什么疑问一经说明也就清楚了,他当然知道问题在那里,即使他什么都没说。我想沈先生也应该是清楚的吧。制定标准的专家们也知道有问题,因此有一些限制性规定,但他们似乎做的不够好。

 

 [7楼]  作者:无尘宗禅  发表时间: 2003/09/29 10:35 

我不需要专家和权威的关注。

在这里讨论的问题,都是在study相对论的初中级阶段中通常会产生的问题。这些问题中有的平时常被问及,所以能信手答来;有的没有被问及过,需要思考一番。打个比方,这里的问题就如同围棋中的死活题和象棋中的残局。这些问题同样是重要的,但不是如同把握一局棋那样的大问题。

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