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惯性系定义：
一不受任何外力影响的自由孤立物体（当然，严格说是不存在的-----但在太空中一个足够远离其他星系和物体的物体，可以足够近似地认为是一孤立物体），在某一个坐标系看，它作匀速直线运动（或静止），则这一坐标系就是惯性系。 牛顿第一定律断言，在惯性系中的任何其他的孤立物体，也都同样作匀速直线运动（或静止）。 在惯性系中，按牛顿力学体系，牛顿第二第三定律成立（或表达为动量、能量守恒定律），牛顿万有引力定律成立；而按狭义相对论体系，狭义相对论质能方程和动量方程成立，而牛顿万有引力定律不可能成立（与狭义相对论抵触）。 -------------- 那么，什么是“直线”呢？ 我们在一匀加速坐标中观察一惯性物体（不受任何力的作用的物体），它做的是抛物运动。这与一匀重力场中的运动是等效的。反过来说，如果我们在地球上看到一炮弹做抛物线运动，那么，我们可以有两种解释：解释1，我是处在惯性系中观察的，炮弹之所以做抛物线运动，因为它受到了一恒力（引力）的作用。 解释2，炮弹没有受任何力的作用，我之所以看到它做抛物线运动，是因为我自己身处一个做匀加速运动的坐标系中。 这两种解释在局部看是完全等效的，这一原理也叫“等效原理”，是广义相对论的基础。即广义相对论，试图把“引力”几何化。这样，它就有了一揽子解决方案。即引力问题，就是加速坐标系的问题。 把牛顿第一定律“惯性物在惯性系只作匀速直线运动”，改为“惯性物在匀加速运动的坐标系中只作二次曲线运动”，进一步，我们把坐标系改为二次曲面坐标，即把坐标建立在椭球等（特殊的如地球仪）上，那么，“惯性物在匀加速运动的坐标系中只作二次曲线运动”就可改为，“惯性物在特殊弯曲的坐标系中只作最简单的最捷径的运动”。我们就接近了广义相对论中的一个典型的特殊解。 在地球仪上，设赤道为X轴，从南极到北极的某经线做Y轴，我们看，虽在欧几里德三维空间看，地球仪的赤道及每条经线都是二次方程，但在地球仪本身的XY坐标系中，赤道的方程为一次方程Y=O，而那条经线的方程，也为一次方程，即X=0。在这一坐标中，从北极走到南极的最捷径，即按最简方程[X=常数]走。 所以，通过建立一个弯曲的空间坐标系，可以使抛物运动，成为此坐标所有方程中的最简运动方程，即惯性运动。而弯曲的空间坐标系的原因，是大质量物体。即质量可以使其周围的空间发生弯曲。 所以，我们可以认为，星球作的是在弯曲空间中“惯性”运动，没有什么“引力”。 在地球仪坐标系中，许多几何规则不同于欧氏几何。如“三角形内角和”不等于180度：以赤道为底边，以两经线为腰，是这一地球仪坐标系中的等腰三角形；它的两腰都垂直于赤道（底边），所以其两底角之和已经达180度，而在加上极地那个角呢？ 结论：所谓“直线”只是几何中的自定义最简方程。而在实际物理操作中，只能定义“光线在真空中所走路径”为直线。 |