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请高人为我“指明方向”吧
[楼主] 作者:和满  发表时间:2004/06/07 00:33
点击:294次

广义相对论并没有否定平直空间的直线正方向,只是赋予了新的含义。例如陀螺仪偏转,就是陀螺仪所指方向相对平直空间直线方向的偏转,以此证明“空间弯曲”。

但是,如果空间是弯曲的,我们怎么确定“平直空间直线方向”呢?

目前我只知道星光定位。可是“星光定位”就准吗?

1 当地球与“遥远恒星”都在太阳一侧时的星光偏转,与地球与“遥远恒星”在太阳不同方向时的星光偏转是不一样的。

2 当然,理论上我们可以通过运算,调整直接观测值,确定正方向。

3 但我们只知道附近宇宙空间的曲率,越遥远,我们认识的就越不精确。关键不在于做了哪些偏转,而在与偏转怎么改变。

4 整个银河系在转,所有行星在转,所有卫星在转,我们不能确知“遥远恒星”的光线弯曲变化,又怎么确定这个“平直空间正方向”呢?

 

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 [2楼]  作者:清华小猪  发表时间: 2004/06/07 11:37 

不是高人的回复

惯性陀螺就是依靠其惯性,自动按局部惯性系的要求保持方向的。在弯曲空间中,方向只是局域的,异地的两个方向是不可比较的,也就是方向矢量不是自由矢量,与矢量的起点有关。

一个自由的惯性陀螺绕地球运动,在移动过程中陀螺由于其惯性将始终保持局域惯性方向不变,可绕地球一周后回到原来位置就与出发时的方向(恒星定位)不一样了,这就可证明地球引力场空间是弯曲空间。在平直空间中,运动物体如果始终保持局域惯性方向不变,回到原地后方向仍是不变的。

如果陀螺方向的测量精度足够精确,则不仅可以测到史瓦西度规弯曲,还可以测到因地球转动导致的克尔度规弯曲。

正在进行的卫星陀螺实验就是用四个水晶球来测这个克尔度规的,也就是大质量物体转动对空间的拖曳效应的。

[楼主]  [3楼]  作者:和满  发表时间: 2004/06/08 07:36 

小猪这个解释是正宗解释,请继续解释:

惯性陀螺就是依靠其惯性,自动按局部惯性系的要求保持方向的。在弯曲空间中,方向只是局域的,异地的两个方向是不可比较的,也就是方向矢量不是自由矢量,与矢量的起点有关。

绕地球飞了一圈的卫星,在太阳坐标与银河坐标中是“异地”。异地不可比较,那所谓“卫星陀螺仪偏转”是怎么一回事?


一个自由的惯性陀螺绕地球运动,在移动过程中陀螺由于其惯性将始终保持局域惯性方向不变,可绕地球一周后回到原来位置就与出发时的方向(恒星定位)不一样了,这就可证明地球引力场空间是弯曲空间。在平直空间中,运动物体如果始终保持局域惯性方向不变,回到原地后方向仍是不变的。

我问的就是这个“恒星定位”,与出发时的恒星定位方向不一样意味着什么?一定是陀螺仪方向偏转吗?

如果空间是弯曲的,恒星方向本身就是在变化的。怎么判断是“陀螺仪方向偏转“?

另外,按照相对论的解释,同样的在广义相对论意义上的惯性系中(如不同还地轨道卫星),陀螺仪偏转度不同,这是不是违反”惯性系等效原理“?如果不违反,为什么?

 [4楼]  作者:清华小猪  发表时间: 2004/06/08 14:09 

不知道教科书是怎么解释的,这是我的一家之言

惯性陀螺就是依靠其惯性,自动按局部惯性系的要求保持方向的。在弯曲空间中,方向只是局域的,异地的两个方向是不可比较的,也就是方向矢量不是自由矢量,与矢量的起点有关。

绕地球飞了一圈的卫星,在太阳坐标与银河坐标中是“异地”。异地不可比较,那所谓“卫星陀螺仪偏转”是怎么一回事?


[[小猪:但在地心系看来是同地,这就足矣。卫星陀螺偏转见下文。]]

一个自由的惯性陀螺绕地球运动,在移动过程中陀螺由于其惯性将始终保持局域惯性方向不变,可绕地球一周后回到原来位置就与出发时的方向(恒星定位)不一样了,这就可证明地球引力场空间是弯曲空间。在平直空间中,运动物体如果始终保持局域惯性方向不变,回到原地后方向仍是不变的。

我问的就是这个“恒星定位”,与出发时的恒星定位方向不一样意味着什么?一定是陀螺仪方向偏转吗?

如果空间是弯曲的,恒星方向本身就是在变化的。怎么判断是“陀螺仪方向偏转“?

[[当然你可以争辩说是恒星方位变了而不是陀螺仪偏了。可惜这只是一种可能,而不是实际情况。因为卫星绕地一周时,地球在宇宙中运动的距离对数光年外的恒星的张角几乎为零,在数量级上也不可能解释实验中的方向偏转量。]]

另外,按照相对论的解释,同样的在广义相对论意义上的惯性系中(如不同还地轨道卫星),陀螺仪偏转度不同,这是不是违反”惯性系等效原理“?如果不违反,为什么?

[[每个卫星内部是局域惯性系,“局域”不仅指空间,还指时间。在局域惯性时空中,两卫星内部的物理规律一样,这就叫符合“惯性系等效原理”,而我们的实验不是在局域惯性系中进行的,两颗不同轨道半径的卫星各自在地球附近弯曲时空中的不同曲率区域做测地线运动。陀螺仪只是保持局域惯性方向不变,但这个局域惯性系在弯曲时空流形中连续切换,公转一周陀螺回到原处方向就变了。]]

[楼主]  [5楼]  作者:和满  发表时间: 2004/06/08 17:04 

可惜“恒星光”并不恒:

[[当然你可以争辩说是恒星方位变了而不是陀螺仪偏了。可惜这只是一种可能,而不是实际情况。因为卫星绕地一周时,地球在宇宙中运动的距离对数光年外的恒星的张角几乎为零,在数量级上也不可能解释实验中的方向偏转量。]]

前提是恒星光路恒定。但:

1 恒星本身在银河尺度下运动。

2 恒星与地球之间的天体在运动,引力场不完全一样。

3 由于1 2 ,恒星与地球之间的光路在改变。

[楼主]  [6楼]  作者:和满  发表时间: 2004/06/08 17:12 

我们可以通过“陀螺仪第一偏转”判断我们在哪个卫星...。

“陀螺仪第一偏转”是“陀螺仪指示方向相对卫星的偏转”。

“陀螺仪第二偏转”是“陀螺仪指示方向相对星光方向的偏转”。

先不管“第二偏转”。我们通过卫星内观测第一偏转,就能判断自己在高地轨道还是在低地轨道。我们能做这种判断,卫星还能算“惯性系吗”?如果还能,为什么?

 [7楼]  作者:清华小猪  发表时间: 2004/06/08 17:34 

过虑了!

前提是恒星光路恒定。但:

1 恒星本身在银河尺度下运动。

[[完全可以用河外恒星,另外可以用多颗恒星对照,剔除个别恒星真的发生方向变化的影响。其实,在实验期内,这些恒星的光早进入比邻星(4.3光年)的范围内,不再受影响了。]]

2 恒星与地球之间的天体在运动,引力场不完全一样。

[[同上,在实验期内,恒星光不受影响。]]

3 由于1 2 ,恒星与地球之间的光路在改变。

[[同上。]]

 [8楼]  作者:清华小猪  发表时间: 2004/06/08 17:37 

不可能
除非卫星足够大,以至于内部时空不能再当作局域的。
[楼主]  [9楼]  作者:和满  发表时间: 2004/06/08 19:05 

我如下操作,错在哪里?

1 在卫星内划按“直尺”(就是地球上带去的一般意义直尺)划一条直线。

2 比较陀螺指示方向与这条直线指示的方向。

3 用钟(地球上带上去的一般意义的钟)计时。

4 在确定的任意时间段内,各自观测陀螺仪偏转度。

近地卫星偏转度比远地卫星偏转度大。

[楼主]  [10楼]  作者:和满  发表时间: 2004/06/08 19:48 

比领星范围:
1 限定这个范围内是正确的。

2 但影响仍然存在,除非“水星进动”不是引力原因。

3 有很多未知因素会影响光信号方向。例如,其它星系行星运动

4 “失之毫厘,谬之千里”,在0.042弧度秒/年的精度范围内,怎么会不会影响?

[楼主]  [11楼]  作者:和满  发表时间: 2004/06/08 20:10 

还有:

我们限定“比领星范围”是技术原因,不是理论原因。

我们并不能证明,光信号方向在进入比领星范围内就是恒定的。

我们做“比领星”技术约定,是因为更大范围内的具体引力变化状况,我们一无所知。我们无法对自己一无所知的问题做物理判断。

 [12楼]  作者:清华小猪  发表时间: 2004/06/09 11:46 

因为卫星自己也保持着局域惯性方向,所以理论上会保持与陀螺的指向一致。

实践上,因为卫星不自转或自转速度低,保持惯性方向的能力差,不能用作方向基准。反而是高速自转的陀螺可作为方向基准,卫星与陀螺的方向差是角动量太小的卫星受到随机干扰的结果。

 [13楼]  作者:清华小猪  发表时间: 2004/06/09 11:59 

自有误差分析理论去解决。再加点数量级估算。

地球自转的影响是稳定的,而恒星定位的波动是随机的,统计分析可以剔除随机误差。如果多颗恒星之间相对位置没变我们就可以认为恒星定位的随机误差可忽略。

我们再看一下恒星定位的绝对误差到底有多大。

卫星一天可公转16圈。可在这一天内地球位置变化了多少?

以宇宙微波背景各向同性为静止系,则地球的速度约为400km/s,一天走过了4E7km

假定用于定位的恒星以10万光年远计,约1E18km。

也就是说恒星定位一天的偏离才4E7/1E18=4E-11弧度,一年才1E-8弧度。

你的数字如果是待观测量,则为0.042弧度/年,其本身测定误差也比恒星定位误差大多了。

[楼主]  [14楼]  作者:和满  发表时间: 2004/06/10 01:27 

小猪计算的“位移误差”不是和满提出的“引力误差”

第一段引入“恒星系统统计”,是正确的。但你怎么知道无系统误差。例如,以银河中心为原点,太阳内测恒星速度大于太阳,太阳外测恒星小于太阳,这会有个普遍的角度差。据本人所知“引力探测器别塔”并未考虑这一因素,“别塔”连“恒星系统统计”都没做,更别说“恒星系统统计矫正”了。

后面你算的是地球相对微波背景的“位移角偏转”,我讲的是遥远天体引力变化发生的“引力角偏转”。由于遥远天体引力变化是未知的,因此我无法定量。正因为无法定量,我们才不好判断是否需要对这个误差忽略不记。

在20多年来关于“引力探测器别塔”的1万2千多篇论文中,有多篇关于这两个问题的论述,而实验主设计师却,急于出成果,置这些问题于不顾,主观裁决不必考虑。

因此,我判断此次“引力探测”,在实验上并不能象理论上预期的那样,比较章均豪理论预测与爱因斯坦理论预测的差别。15个月后我们可以看实验结果。我希望是本人错,真心希望章先生能通过实验打破90年来框架理论毫无进展的情况。

[楼主]  [15楼]  作者:和满  发表时间: 2004/06/10 12:11 

小猪聪明一世,糊涂一时:

因为卫星自己也保持着局域惯性方向,所以理论上会保持与陀螺的指向一致。

你否定“第一偏转”?

在实验上,卫星在平面空间的偏转度远远大于光信号偏转度。

在理论上,卫星与光子都是“只受引力的参照系”,都做“测地线”运动,但是两条不同的“测地线”。

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