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论坐标时间与物理时间——回jiuguang
[楼主] 作者:清华小猪  发表时间:2004/02/18 10:27
点击:417次

(43554帖)当然在t=t'的变换下得到的不是相对论时间,而是坐标时或类似的东西。但是相对论一直在使用这种非相对论的时间却是事实。正如相对论要使用速度v ,而很少使用四维速度一样。使用t=t'这样的变换,就是回到牛顿体系,即使做点修正也还是牛顿体系的东西。为什么相对论还要用它呢,你贴出的帖子里就有答案。为了使self-consistency can be achieved,而旋转系的相对论时间是不能实现这一点的,因此不得不使用非相对论的坐标时。

[[小猪:什么叫相对论时间?实际上只有物理时间和坐标时间。物理时间是坐标系每一点的本地钟测得的连续时间,而坐标时间是一个纯数学的代表时间维度的坐标参数,并不直接地等于物理时间。在惯性系中由于时空是平直的,所以可以建立合适的坐标时间,使坐标时间恒等于物理时间。

在非惯性系中,不同地点的钟快慢不同,因此难以定义全局一致的物理时间(难以定义,但并非不可定义,只是使用物理时间还不如某种坐标时间方便而已,而且各坐标点物理时间的初始化也涉及授时(对钟),故还是可以看作是一种特殊的坐标时间)。但又必须对每个时空点赋予一个唯一的时间坐标,因此必须规定一种坐标时间,而这套坐标时间必须与一个连续的授时方法联系在一起,以维持其自洽性。由于广义相对论正是使用任意坐标系来表达物理定律,因此使用坐标时没有任何不便之处。

这些特性在牛顿体系中是完全没有的。因此可以说坐标时间是真正的相对论产物,是真正的相对论时间!

而这更不是回到牛顿体系,因为在t=t'的形式背后,含有一个相联系的时空度规。即使在狭义相对论的惯性系中,照样可以使用t=t'这样的坐标时间,但坐标变换就不是洛仑兹变换了。只是因为在狭义相对论的惯性系中,物理时间可以直接作为坐标时间使用且t=f(t',x',y',z'),才使人觉得t=t'不是相对论的东西了。

而且狭义相对论中使用的物理时间也涉及授时:以光速不变为基础的对钟。由于惯性时空的均匀性,这种授时可以只进行一次而不需要连续进行,就可以让坐标系各处的钟永远同步。因此,洛仑兹变换使用的是一种特殊的坐标时。

您对旋转系中不能建立相对论时间的疑问该打消了吧?]]

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 [2楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2004/02/18 11:11 

坐标时是不符合相对论的,即不满足光速不变
而且相对论的书中在用坐标时的时候,差不多都有说明,你也可以随便找个老师问问,我想这个问题没必要争辩。在旋转系中没有符合相对论的全局时空参考系你是知道的。你对坐标时的理解是望文生意,国家标准用的就是坐标时,当然也是物理时间。
[楼主]  [3楼]  作者:清华小猪  发表时间: 2004/02/18 11:27 

GPS时空坐标系就是依靠相对论建立的,满足光速不变
 

而且相对论的书中在用坐标时的时候,差不多都有说明,你也可以随便找个老师问问,我想这个问题没必要争辩。在旋转系中没有符合相对论的全局时空参考系你是知道的。你对坐标时的理解是望文生意,国家标准用的就是坐标时,当然也是物理时间

[[小猪:国际标准是坐标时,但不是物理时间。物理时间是用当地钟测的,如果钟是一样的,就不需要不停地授时。但是北极的钟与赤道上的钟速率是不一样的,珠峰上的钟与海平面上的钟速率也是不一样的。如果只授时一次,经过足够长时间,两钟的读数差就会达到足够大,危及任何应用。这种读数差与同地的两个钟经过很长时间后的读数误差具有完全不同的性质。误差可以通过同地的多个钟的平均值消除,但这种读数差却只能通过连续授时来消除。

GPS时空坐标系就是用广义相对论建立起来的,这是一个引力场中旋转的坐标系。这个坐标系中光的世界线上仍有ds=0,即光速不变。当然ds的计算需与度规相联系,不能直接用坐标差。

不是我望文生义,而是您没能理解国际时间标准的本质。]]

 [4楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2004/02/18 14:30 

请看下面一段文字,并与坐标时比较一下就知道了。(出自你推荐的文章)

As an example of the use of accelerating coordinate systems and the breakdown of inertial simultaneity, consider a circular Sagnac device as described in Section 2.7. As we've seen, each point on the rim of the rotating disk can be associated with an instantaneously co-moving inertial coordinate system, each with its own surfaces of simultaneity. However, since each point of the disk is accelerating with respect to each other point, there is no coherent simultaneity (in the inertial sense) shared by any two points. If we analytically continue the local simultaneity from one point to the next around the perimeter, the result is an open helical surface as indicated below:

[楼主]  [5楼]  作者:清华小猪  发表时间: 2004/02/18 18:27 

相对论时间就是坐标时,坐标时就是相对论时间!广义相对论有全局时空坐标。

As an example of the use of accelerating coordinate systems and the breakdown of inertial simultaneity[[这里明确指出是“在加速系中,惯性系意义下的同时性被破坏”]], consider a circular Sagnac device as described in Section 2.7. As we've seen, each point on the rim of the rotating disk can be associated with an instantaneously co-moving inertial coordinate system[[任一点都可以生成一个瞬时惯性系,这个瞬时惯性系的原点从关联点开始做自由落体运动。关联点在那一瞬间在该瞬时惯性系中静止]], each with its own surfaces of simultaneity[[每个瞬时惯性系都有自己的“同时面”(即“同时标准”)]]. However, since each point of the disk is accelerating with respect to each other point, there is no coherent simultaneity (in the inertial sense) shared by any two points[[由于各点在相互加速,因此没有两个点共享相同的同时标准(在惯性系标准下)]]. If we analytically continue the local simultaneity from one point to the next around the perimeter, the result is an open helical surface as indicated below:[[如果将相邻点的“惯性意义的同时”连续传递,发现传递一周回到同一点却不同时了,“同时线”成了一个螺旋线。也就是同一个点在“惯性同时”意义下没有唯一确定的时间坐标。]]

[[以上文字表明,在非惯性系中只能用坐标时,坐标时的规定不具有逻辑上的唯一性,但必须是单值的。而且一套坐标时必须与一套“授时方法”相联系。在旋转系中,这个授时方法可以规定为:从转轴发出光信号,光信号调制了轴心钟的读数T,距轴心R的时钟在收到光信号时将读数设置为T+R/c。这里坐标时还可分两个版本:一个版本是T=0时授时一次,以后就用各地钟的物理读数;另一个版本是连续授时,各地钟需要不断将读数调到T+R/c。两个版本各有其对应的时空度规。

当发生一个事件时,就用就地钟的编号(即空间坐标)和该钟的读数(即时间坐标)来共同表示该事件的时空位置。

因此,相对论时间就是坐标时,坐标时就是相对论时间。不要再说相对论中不用相对论时间了,也不要说广义相对论中没有全局时空坐标了(您在楼下帖中言)。

国际时间标准实际上近似于后一个版本,是连续授时体系,只不过授时方法更复杂。

不知您是怎么理解上述文字的,也不知道您怎么能贴图片:)]]

 [6楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2004/02/18 20:55 

欢迎小猪成为彻底反相对论者!!

仅当t=t0成图中所示螺旋线时,相具很近的时钟测到的光速才是常数。而坐标时对应的则是一个圆,你能不知道将测到什么样的光速?

图只要从其他网页复制,然后粘贴到帖子上就行了,实际上复制的是链接。

[楼主]  [7楼]  作者:清华小猪  发表时间: 2004/02/19 10:01 

是您该成为拥相者了吧?

 仅当t=t0成图中所示螺旋线时,相具很近的时钟测到的光速才是常数。而坐标时对应的则是一个圆,你能不知道将测到什么样的光速?

[[我当然知道用坐标时来测光速是可变的甚至各向异性的。但这是因为坐标时的“同时”在非惯性系中的一个观察者看来,不符合“局域惯性同时”标准。而非惯性系中的光速不变原理实际上是“局域惯性系光速不变原理”或“ds2=0”标准。

在非惯性系中,局域“惯性同时”标准不可能在全局得到坚持,因为“局域惯性同时”邻域传递形成的“同时面”可能是不封闭的,导致同一事件没有唯一的时标。

这就是非惯性系中必须使用坐标时的原因,而与坐标时相联系的授时方法和弯曲时空度规是只有相对论才有的特色,与牛顿体系有天壤之别。]]

 [8楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2004/02/19 10:43 

投降吧,不要嘴硬啦!

小猪已经承认如下事实了,在看看你原来说的,自相矛盾。投降吧,不要嘴硬啦!

我当然知道用坐标时来测光速是可变的甚至各向异性的

[楼主]  [9楼]  作者:清华小猪  发表时间: 2004/02/19 10:59 

这是指在非惯性系中采用坐标时并用定义式v=Δr/Δt来测量光速,可得到表观光速可变的结果。
 小猪已经承认如下事实了,在看看你原来说的,自相矛盾。投降吧,不要嘴硬啦!

我当然知道用坐标时来测光速是可变的甚至各向异性的

[[小猪:这是指在非惯性系中采用坐标时并用定义式v=Δr/Δt来测量光速,可得到表观光速可变的结果。因为相距Δr处的两个钟收发光信号的读数差Δt不是物理时间,而是坐标时间,故得到的也是表观光速。因为两个钟的“同步”是在坐标时相应的授时体系下的“同步”,而非在测定者局域惯性系中的“同步”,也即同时的相对性。所以没理由以此来反对局域惯性系光速不变原理(固有光速不变原理)。]]

 [10楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2004/02/19 14:07 

所以光速测量都是在非惯性系中测的
国际标准规定的时间就是坐标时。不变的光速是虚拟的用非标准时钟才能测到的。相对论时空是无法建立坐标系的时空,连坐标都没有,其正确性从何谈起?
[楼主]  [11楼]  作者:清华小猪  发表时间: 2004/02/19 16:03 

但都是在局域环境中测的,非惯性影响可忽略
国际标准规定的时间就是坐标时。不变的光速是虚拟的用非标准时钟才能测到的。相对论时空是无法建立坐标系的时空,连坐标都没有,其正确性从何谈起?

[[首先,国际时间标准服务于应用目的而非理论研究。国际时间标准也并非只有一套,独立的有原子时和天文时,以及一个在两者间折衷的协调时,采用闰秒来解决差异。

固有光速一般不是用两个钟按速度定义式来测的,而是以测波长和频率乘积的方法来测的。而且都是在局域环境中测的,非惯性影响可忽略。

(广义)相对论时空不是无法建立坐标系的时空,而是可以建立任意坐标系的时空。任意坐标系中的授时方法就是以固有光速不变为基础的,以光子世界线ds2=0为度规约束(如果有大质量分布还要结合广义相对论场方程)来计算授时信号传递到接受者的延时。

其正确性得到了广泛的验证,GPS就是一个很好的验证,不考虑相对论GPS无法工作,可您却将其当做反证。]]

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