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参照系的本质——答和满的两个问题
[楼主] 作者:清华小猪  发表时间:2004/04/21 11:41
点击:701次

1 全局时空坐标就是传统意义上的"参照系".你以前学广相是直接学"直接算世界线"解题方法的,还是先学"参照系"解题方法,再学"直接算世界线"?

[[小猪:最近坛上一些帖子在讨论参照系,认识多有偏差。实际上,参照系的本质是“一套时空测量方法”——即如何对钟,如何确定空间距离——也就是一套确定任意事件的时空坐标的操作性方法和边界条件(指定某事件为时空原点,指定某世界线为静止世界线等)。两个参考系间的坐标变换式就是对同一事件用两套测量方法测量所得结果之间的关系。

狭义相对论中也讲了对钟、测距操作,但没有人指出那就是参照系的本质,而是放任了我们的直觉。

但到了广义相对论中,这样含糊其辞就行不通了。因为不再有符合直觉的平直时空,弯曲时空中的参照系——时空测量方法——变得非常复杂。如GPS参照系,就有一套复杂而严密的时空测量方法,这套测量方法与广义相对论是相洽的。

前面帖子中有人说参照系就是一些点啦,就是随观察者移动的空间啦,只有参照系重合时才能做坐标变换啦,都是盲人摸象。

本人从狭义相对论到广义相对论开始也是半拉子方法,发现不仅保持概念一致性很困难,而且常出错。这也是沈建其所指出的黄新卫所有涉及引力的问题的误区——本应完全使用广义相对论来解决的问题,但又不放弃狭义相对论的框架,所以才会出现佯谬。

举个例子,一个完美的球壳状星云从静止开始在自身引力作用下收缩,每个粒子的速度都越来越快,但远处的观察者不会感受到引力的变化,因为引力质量与惯性质量相等,星云能量守恒且E=MC2,所以星云粒子在引力作用下的加速并不会象狭义相对论那样速度增加质量增加。黄新卫电梯问题就有在狭义相对论框架中质疑的错误。

因为解场方程的数学困难,所以作为业余爱好者,我也希望避免解场方程,而在狭义相对论框架上使用技巧,但终于发现此路不通。要对付场方程,就开始脱离业余水平啦,但本人只喜欢业余的乐趣,什么东西到了专业程度都有点苦行僧的意味,正如业余体育与职业体育的关系。为什么民科多集中在牛顿理论、狭义相对论等领域,不怎么碰广义相对论和量子论?就是前两者差不多只要求初等数学,而后两者要求专业水平的近代数学功底啊。]]

2 你认为广相实践使用的最大难点在哪里?如何克服?

[[广义相对论在实践上并没有什么难点。因为实践中,理论只是工具,总是按需使用。因此在小范围弱引力场情形,直接用牛顿理论就可以了,广义相对论已经从数学上表明了牛顿理论是它在该情形下的良好近似。在宇宙学中,又可以假定大尺度物质均匀分布,观测也支持这一假设,所以广义相对论用得很好。在研究单个大质量天体如中子星、黑洞时,其它天体的影响又可忽略,广义相对论仍然用得很好。

我们很“幸运”地生活在一个层级组织的世界中,两个层级间的影响很小。比如,太阳系的各大行星之间的干扰就是很小的,这是“进化”的结果(所以“幸运”是必然的),因为相互作用很强的多体体系是不稳定的,一些成员迟早要被抛出去,这就是所谓的“引力弹弓”现象,结果稳定天文体系中各星体的相互作用层级化了。对太阳系而言,邻近恒星的影响与太阳相比必然可以忽略;太阳系中邻近行星的影响与太阳的影响相比也必然可以忽略。

双星系统一般不会有稳定的行星结构。在太阳系中寻找例子,地球和冥王星都有一个大得不成比例的卫星,类似于双星系统,因此,它们为此付出的代价就是不能再容纳大的卫星,而其它“地外”行星都有不止一颗卫星,但比中央的行星小得多。“地内”行星——水星,金星——都没有卫星,因为在这个距离,行星-卫星相互作用与太阳作用量级相当,构成了三星系统,所以不可能稳定。

因此,广义相对论所面对的真正困难是理论上的,就是与量子论如何协调,如何解决时空奇点问题。]]

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 [2楼]  作者:youngler  发表时间: 2004/04/21 12:05 

专业人士也容易陷入各种专业误区,比如数学误区。
参照系的本质——答和满的两个问题
[楼主]  [3楼]  作者:清华小猪  发表时间: 2004/04/21 13:16 

这帮不了您什么忙啊!

就算您说的正确,又有什么论证意义呢?您必须证明在具体问题所有专业人士确实陷入了误区。

不要把可能性与现实性混为一谈,何况您说的可能性并不太可能存在。不要用“有可能错所以必然错”这样的逻辑。

 [4楼]  作者:mayinzuo  发表时间: 2004/04/21 16:03 

回复:此说本质是对的。而广相就另说了。
你的关于参照系的本质的认识是参照系的本质是“一套时空测量方法”——比较准确的。而在狭义相对论那里就体现了其本质。但是,广义相对论那里,就另说了。我的认识就是,为什么大多数反相者都很少涉及广相,就是因为它运用了复杂的数学工具。而涉及广相的人在议论它时,也是局限在它的数学里。我说过,探讨一个理论,首先要明确其“要解决什么问题”的。如果说狭义相对论是解决超距时空的测量问题的。那么广相理论就是试图解决“引力”问题的。而其理论的经验基础仅是“自由落体是失重”的经验事实而已。而爱因斯坦对其描述是从参照系的变换角度。于是,就把测量问题也引进来了。但是,这没有很好解决其引力的实质问题。所以,在广相的问题上,在什么参照系角度或什么黎曼几何角度方面议论是经院烦琐的研究方式。不可取。
[楼主]  [5楼]  作者:清华小猪  发表时间: 2004/04/21 16:25 

赞同您对广义相对论“要解决什么问题”的认识——就是要解决引力与狭义相对论的相容性问题。

爱因斯坦用了将引力几何化的方法,我也觉得几何化方法没有涉及引力的起源和实质问题,并且与其它三种基本作用力都是交换作用量子的机制难以协调。

但无法回避的是,它与观测事实符合得太好了,且至今没有发现更好的引力理论。

完全地理解引力的本质可能还得等到引力的量子理论建立之后。

我坚信广义相对论需要发展,但其发展绝对不会来自连广义相对论解决了什么都不清楚的民科人士。

在目前的认识水平下,广相中的参照系也是“一套时空测量方法”之说仍然成立,GPS天天在用着啊。

 [6楼]  作者:julia132  发表时间: 2004/04/21 18:43 

回复:小猪的错误:

  1,参照系(惯性)不仅仅是"一套测量时空的方法",而是我们认识客观现象的基准,是以因果关系来认识客观世界的必然产物.它是让我们以无看有,以无因的不变来认识有因的变化,从而通过我们的观测把客观现象的具体内容及规律性显现出来,以便获得正确认识.

2,你说,"两个坐标系间的坐标变换(劳伦兹变换)就是同一事件用两套测量方法测量所得结果之间的关系".以我看,你的这一认识即本质又形式.因为这个变换不是由测量结果总结出来的,其得到与认识过程是颠倒的,只是形式上看表达了这个意思,而且从无直接证明.再者"两套测量方法是同一测量方法,而测量结果是矛盾的(我发过这样贴).有人用动力学速度反对在测量上的矛盾就是例证.

    间隔不变性是不能从物理上给出证明的,因为坐标可正可负,不是物理的间隔.

    对间隔不变举一反例:    dx ^2 --( c dt)^2= dx'^2 --( c dt ')^2       对于运动长度缩短就不成立: dx = dx' ( 1 -- (u/c)^2)^1/2. dx' 是运动系的长度, dx 是静止系长度.对前者测量的时间间隔可任意,而后者要求同时性.代入间隔不变式其结果是  dx^2 = dx'^2 (1 --(u/c)^2)  -- 0 = dx'^2 -- ? 

 [7楼]  作者:youngler  发表时间: 2004/04/21 18:56 

广义相对论忽略了引力场的的质量和惯性,却代之以时空结构来解决问题!
参照系的本质——答和满的两个问题
 [8楼]  作者:julia132  发表时间: 2004/04/21 19:05 

回复:物理学的发展得益于数学化,也损于数学化.这是探索阶段的特征.
物理学处在探索未知现象的阶段,是以获得现象为目的,人们的认识标准也是从获得出发的,因此,使用的就是强盗的逻辑.也可以说有奶就是娘.这种认识方式已是强弩之末,靠惯性也就是惰性维持着.它严重的障碍着物理学的发展.
 [9楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2004/04/21 19:24 

可惜小猪不知道,广义相对论并没有坐标系
这个问题我与建其讨论了很长时间。为了准确描述时空,我们只能用坐标系为每个点指定坐标,在经典理论中这是很自然的,包括GPS用的坐标也是经典理论的。广义相对论的坐标系是用x0..x3表示的,且用ds=0表示光走过的时空线,还有符合爱因斯坦的时空连续统。在各种条件限制下,符合广义相对论的坐标系在有限时空内是建立不起来的,只能在无穷小的时空内才能成立。根据我理解的建其的观点,广义相对论用的就是经典坐标再做些小范围的休整以符合相对论。
 [10楼]  作者:无尘宗禅  发表时间: 2004/04/21 19:37 

那你提一个非强盗逻辑来指导物理探索。
你提的任何方法都将是你所指的‘强盗逻辑’的样本。说白了,你的论点将导致自相矛盾。
 [11楼]  作者:mayinzuo  发表时间: 2004/04/21 19:51 

我的意见:

您说:《赞同您对广义相对论“要解决什么问题”的认识——就是要解决引力与狭义相对论的相容性问题。》说:历史经验告诉我们,奇怪的是某理论的的原创者大都不清楚自己创立的理论要真正解决什么问题的认识。当初爱因斯坦如果明确自己的狭论是解决超距相互运动物体的测量问题的认识,也就没有什么接近光速运动的人的寿命延长的结论了,也就没有今天的反相浪潮了。也就没有要解决引力与狭论的相容性问题了,也就没有广义相对论的名称了。


爱因斯坦用了将引力几何化的方法,我也觉得几何化方法没有涉及引力的起源和实质问题,并且与其它三种基本作用力都是交换作用量子的机制难以协调。


但无法回避的是,它与观测事实符合得太好了,且至今没有发现更好的引力理论。你上当了。历史上那些实际测量者为了人为地符合某理论或自己的预想(空想)在测量手段上或结果那里,做了手脚而人为地符合的例子不少。


完全地理解引力的本质可能还得等到引力的量子理论建立之后。应该是等新的关于引力事实的经验发现才能更进一步地理解引力的本质。


我坚信广义相对论需要发展,但其发展绝对不会来自连广义相对论解决了什么都不清楚的民科人士。就是所谓的大多数职业人士不也是如此吗。


在目前的认识水平下,广相中的参照系也是“一套时空测量方法”之说仍然成立,GPS天天在用着啊。这就看怎么理解了。

 [12楼]  作者:julia132  发表时间: 2004/04/21 20:58 

回复:首先是获得,而后是认识.这是我们认识物理世界的必须经历的两个阶段.后者是从认识已知已知现象开始的.
参照系的本质——答和满的两个问题
 [13楼]  作者:无尘宗禅  发表时间: 2004/04/21 21:55 

你如何获得?既然是未知的东西,你又如何知道它是存在的?不知道它存在否,你又如何去获得?
早与你说过了,你的逻辑最终导致不可知论。
 [14楼]  作者:和满  发表时间: 2004/04/21 22:04 

回复:及jilia132说得对!“就事论事”是技术,“以事求道”才是科学
参照系的本质——答和满的两个问题
 [15楼]  作者:和满  发表时间: 2004/04/21 22:08 

回复:“事已明,道未知”就需要研究,认识到的“道”,可用“事”检验。
参照系的本质——答和满的两个问题
 [16楼]  作者:和满  发表时间: 2004/04/21 22:26 

回复:两个概念需要约定

1“参照系”。目前广泛约定的是指“全局坐标”。测地线有坐标,但不是“全局”坐标。

2“实践使用”。目前广泛约定的是“主动作用于物质世界,以达到现实目的活动”。“天文观测”不是“主动作用”于物质世界,以达到“现实”目的。狭义相对论可以指导“造核弹头”,广义相对论能指导造什么?

我们是用广泛约定的定义?还是做其它约定?你决定。约定了定义才能讨论。

 [17楼]  作者:和满  发表时间: 2004/04/22 03:12 

为什么不是?

接近光速运动的人的寿命延长

为什么不是。难道“时间变慢”不是真的?

 

 [18楼]  作者:julia132  发表时间: 2004/04/22 07:18 

回复:不要忘记人获得知识是从零开始的,零的突破靠的是无知的实践.猜想只是象找东西一样出出主意.
按你提的问题给自己作个结论吧.
[楼主]  [19楼]  作者:清华小猪  发表时间: 2004/04/22 08:56 

和满先生忘了……

……我曾说过“时间快慢的绝对比较只能在始末端点相同的两条世界线间进行”吗?

狭义相对论的时间变慢因为是异地比较,确实不是真实的,而只是观测效应。绝对的时间变慢都涉及引力场或加速度。如环球原子钟实验,穆斯堡尔实验等,双生子问题等。

[楼主]  [20楼]  作者:清华小猪  发表时间: 2004/04/22 09:04 

1“参照系”。目前广泛约定的是指“全局坐标”。测地线有坐标,但不是“全局”坐标。

[[小猪:看来你还没有跳出坐标迷雾。我们只有一套测量程序,而“坐标”,在哪里呢?“全局坐标”,又在哪里呢?因此我说参照系的本质是一套测量程序。]]

2“实践使用”。目前广泛约定的是“主动作用于物质世界,以达到现实目的活动”。“天文观测”不是“主动作用”于物质世界,以达到“现实”目的。狭义相对论可以指导“造核弹头”,广义相对论能指导造什么?

[[广义相对论至少指导了我们造GPS呀!GPS本质就是一套测量(定时与定位)程序!!天文观测的结果也要广义相对论才能解释呀!]]

我们是用广泛约定的定义?还是做其它约定?你决定。约定了定义才能讨论。
[楼主]  [21楼]  作者:清华小猪  发表时间: 2004/04/22 09:12 

连时空间隔的含义都不懂!
对间隔不变举一反例:    dx ^2 --( c dt)^2= dx'^2 --( c dt ')^2       对于运动长度缩短就不成立: dx = dx' ( 1 -- (u/c)^2)^1/2. dx' 是运动系的长度, dx 是静止系长度.对前者测量的时间间隔可任意,而后者要求同时性.代入间隔不变式其结果是  dx^2 = dx'^2 (1 --(u/c)^2)  -- 0 = dx'^2 -- ? 

[[小猪:阁下连时空间隔的含义都不懂!加上“而后者要求同时性”这个约束后,得到的就不是一般的时空间隔,而是“长度”。S'中满足同时性要求的两个事件,变换到S系中,时间间隔是确定的,而非您的“对前者测量的时间间隔可任意”。]]

 [22楼]  作者:和满  发表时间: 2004/04/22 09:39 

1 测地线不是一种坐标吗?运算测地线不用“参照系”的。运算“世界线”不设空间图形都可以,直接设数学图形。这个数学图形不是空间图形的简化呀。就是定量关系图。

2 那用GPS能造出什么直接造福人民的“东西”来?

[楼主]  [23楼]  作者:清华小猪  发表时间: 2004/04/22 09:44 

引力场方程是坐标系无关的,但其解必须表达在一定的坐标系中

一个场方程可以有无穷多个解,但这些解在坐标变换下是等价的。

这个表达解的坐标系绝不是无穷小(局域的),就算不是全局也广域的,包含了足够大的时空区。

 [24楼]  作者:和满  发表时间: 2004/04/22 09:45 

那我到底能不能年轻点呢?
如果我坐高速飞船(速度足够高)飞去又飞回,能不能比我现在的同龄人年轻点?为什么?
[楼主]  [25楼]  作者:清华小猪  发表时间: 2004/04/22 10:02 

GPS是人类科技的集大成产品,对人类的价值简直太大了!

1 测地线不是一种坐标吗?运算测地线不用“参照系”的。运算“世界线”不设空间图形都可以,直接设数学图形。这个数学图形不是空间图形的简化呀。就是定量关系图。

[[小猪:测地线是时空流形中的物理实在,反映在我们的观念中就是时空坐标点的一个连续系列。当然我们可以将满足一定要求的测地线作为数学上的“坐标线”(但不等于“坐标”)。]]

2 那用GPS能造出什么直接造福人民的“东西”来?

[[GPS是人类科技的集大成产品,对人类的价值简直太大了!因为GPS的广泛运用,现在它已经成了事实上的时间和空间位置标准。海上、空中导航,地面交通管理,工程测绘,地质勘探与地图测绘,交流电网相位管理,大的工程安装定位,长基线天文观测,灾难搜救,野生动物研究,……]]

 [26楼]  作者:和满  发表时间: 2004/04/22 10:05 

回复:哦 这么厉害!GPS是什么的简称?
参照系的本质——答和满的两个问题
 [27楼]  作者:mayinzuo  发表时间: 2004/04/22 10:06 

回复:小猪先生替我回答了
参照系的本质——答和满的两个问题
[楼主]  [28楼]  作者:清华小猪  发表时间: 2004/04/22 10:06 

当然能啊!但严格说来这是广义相对论效应了。
因为您要做固有加速度不为零的运动且最终返回地球,使年龄的绝对比较可以进行,所以您有可能比地球上的同龄人年轻一点。但要注意你的速度要快到可以抵销地球上的同龄人的引力场时间变慢效应。 不过,星际旅行的枯燥会让你短寿的,所以得不偿失:)
[楼主]  [29楼]  作者:清华小猪  发表时间: 2004/04/22 10:26 

全球卫星定位系统
GPS(Global Positioning System)用到了现代科学的两大支柱相对论(时空修正)和量子力学(原子钟、计算机),以及电磁学,牛顿力学,无线通讯,信息论,密码学,计算机软件,新能源,新材料,火箭技术,卫星制造,低温技术,系统工程……说它是人类科技集大成者一点不为过吧?
 [30楼]  作者:和满  发表时间: 2004/04/22 10:31 

回复:那E=mcc是怎么回事?

这个公式如果完全错了,与掐我我感觉不到痛一样,就意味着我没生活在现实世界。可能适用范围有问题,精度有问题(本来就是简化形式)。但是在大部分反应中基本定量关系是反复确证的。

这个公式是狭义相对论时间原理推导出的。我自己就会推,我随便就能找到几十个能推这个公式的人。现在听你们说,好象狭义相对论时间原理好象是错的。

如果你们不承认这个公式只可能是你们错了。因为“物理事实”比任何人都可靠。

如果没错,那你们怎么推导这个公式?

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