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上一主题:总波速不变原理及其应用! 下一主题:我为什么要提出和坚持“声速不变...
不过我对转动圆盘也还有些问题。。。
[楼主] 作者:xuebinguo  发表时间:2004/12/04 11:57
点击:424次

自学就是有这点坏处,教材上也不会讲太多具体问题,只好自己胡乱推导。。。希望老师高手再指点指点

(1)圆盘上的人用标准尺测周长的问题

非惯性系里面好解释,因为周长为 2πr/sqrt(1-ω2r2/c2) > 2πr,标准尺的长度不变,因而测量的次数增加;

而在惯性系中,我见到的通常解释都是周长 2πr,而尺子收缩,因而测量的次数增加。不过这个解释显然是有些问题的?——同样处于相同半径位置的周长和尺子,为什么只有一个收缩而另一个不收缩呢?因此比较聪明的解释就是画一个重合的圆,将这个圆映射到惯性系地面上,这样它的周长就是 2πr 了。

但实际上,这种解释无法回避在惯性系中,测量旋转圆盘周长是否变短的问题。(我只是提这个问题,并不是证明 GR 是不对的,而是我们通常的解释可能有问题。)我认为这个问题与在 SR 中类似,仍然牵涉到测量长度时所要求的异地同时性的问题,即惯性系中的观察者仍然认为尺子和圆周长度都变短了,但并不认可在非惯性系中的这一长度测量方法(认为异地同时性有偏差),唯一的要求是双方无论如何解释,对测量的次数必须达成一致意见。

(2)圆盘上异地坐标钟同步的问题

根据 GR 中对于同时性的定义,相邻异地两事件若同时,则坐标钟相差 (g0i/g00)dxi ,那么可得到坐标钟相差为:

-ωr2dθ/(c2- r2ω2)

取特定路径为切向圆周路径,可以看到这些坐标钟的同时面都是各点不同的(为了满足非惯性系中的同时面,尽管这些坐标钟的速率相同)。

取一周后回到起点,积分得 -2πωr2/(c2- r2ω2)

以该点所计的一周坐标时间 2πr/(c + rω) ,减去"坐标钟时间误差",

得到流逝的真实坐标时 2πrc/(c2- r2ω2),因周长为 2πrc/sqrt(c2- r2ω2),

计算坐标速度得到 sqrt(c2- r2ω2),换算成标准光速为 c

因此这里看到光速的各向异性实际上是由异地坐标钟的同步引起的?如果消除了这个时钟同步的误差,则光速的各向异性也可消除?不过这个理解倒是和 g0i = 0 的同时性要求是一致的,因而也就等效于求解时轴正交系的过程?(不过我还不会将一般性的度规对角化,求解时轴正交系,线性代数忘得最多,哎。。。)

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 [2楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2004/12/04 16:14 

很多问题专家也解决不了

有老师也不会给你讲清楚,他们自己就搞不清楚。

广义相对论声称是弯曲时空,但是却不能给出二、三维时空形成的曲面。三维时空中用爱因斯坦同步时钟tao=0不能构成曲面,也就是在二维空间平面中。不存在爱因斯坦定义的同时。狭义相对论中的尺缩和钟涨都失去了相对性,都是绝对慢和短了,相对的就是快和长了。

 

 

[楼主]  [3楼]  作者:xuebinguo  发表时间: 2004/12/04 18:52 

当然,同时性这个问题我肯定不是真正理解了

不然干吗还有疑问,还需要指点?

从同时性定义可以看出,只有时轴正交坐标系才符合条件。只有采用时轴正交坐标系,时空坐标系才能真正描述时间过程。但并非所有的坐标系都符合这个条件,旋转圆盘中采用的旋转极坐标就不是,需要进行坐标变换。(还好,这个问题通常还是有解的。)

等我能变换成时轴正交系了,我大概就能明白点是怎么回事了。

 

 [4楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2004/12/05 00:43 

没有你想象的坐标系
在一点,可以有微分表示的方向满足时轴正交。但在一空间平面上,即使很小的面积也没有时轴正交系。旋转系中,与轴线垂直的空间平面的一很小区域,也没有符合爱因斯坦同步时钟的对应图形。
[楼主]  [5楼]  作者:xuebinguo  发表时间: 2004/12/05 17:19 

自我解释一下第一个问题,谢谢久广的敲打
“三维长度的不变是指在规范坐标变换下的不变”,规范坐标变换是指仅改变引力势而不改变空间(非时间)几何性质的变换。

简要的说就是三个空间坐标的变换式中只能出现空间坐标,而不能出现时间坐标。可以证明在这种变换条件下空间的几何性质是不受破坏的,三维长度仍然不变。


如果空间的变换式中包括了时间坐标,比如洛仑兹变换,三维长度是会发生变化的。


由 x' = ( x - vt )/sqrt(1-v2/c2)  (空间变换式中包含时间项,时空混合,导致三维长度变化)


dx' = ( dx - vdt)/sqrt(1-v2/c2)            (1)


因 t' = (t-vx/c2)/sqrt(1-v2/c2)


dt' = (dt-vdx/c2)/sqrt(1-v2/c2)         (2)


令 (2) 中的 dt' = 0 (K'系中同时测量),
则 dt = vdx/c2,代入(1)式,得到


dx' = dx * sqrt(1-v2/c2)                  (尺缩)


容易由旋转圆盘的坐标变换看出,该变换也不满足规范变换条件,因而三维长度在这种变换条件下也会发生变化。令惯性系中也采用极坐标,不带 ' ,非惯性系中带 ',则有:


r' = r
θ' = θ - ωt
dt' = dt


由两坐标系中的纯空间度规:


dσ'2 = dr'2+ r'2dθ'2/(1- r'2ω2/c2)
2 = dr2+ r22


令 dr = dr' = 0,取 dt = 0 (在地面惯性中同时测量圆周)


应有 dσ'/dσ = 1/sqrt(1- r2ω2/c2)
则 dσ = dσ' * sqrt(1- r2ω2/c2)     (尺缩)


哈,这里终于理解了为什么地面测得的长度仍然是 2πr 了,原来是将非惯性系中的圆周测量长度再缩回来的缘故。在数学上还是自恰啊,谢谢久广的敲打,这个问题我终于不再困惑了。

[楼主]  [6楼]  作者:xuebinguo  发表时间: 2004/12/05 18:15 

呵呵,恰恰相反,我在圆周上找到了时轴正交系(第二个问题也算暂时理解了)

当然不是普遍意义上的,不过对于研究问题,也够了。

在半径为 r (这里的 r 是定值)的圆周上,设规范坐标系变换:

dt' = dt * sqrt(1- r2ω2/c2)   - ωr2dθ/(c2 * sqrt(1- r2ω2/c2) )

θ' = θ

r' = r

则可转换为时轴正交系,有

ds2 = (c2- r2ω2)dt2 - dr2 - r22-2ωr2dθdt
= c2dt'2 - dr'2 - r'2dθ'2

令 dt = 0 (原坐标系的钟同时)

则有 dt' = -ωr2dθ'/(c2- r2ω2)

这与我在原帖中按同时性得到的结论相同:

根据 GR 中对于同时性的定义,相邻异地两事件若同时,则坐标钟相差 (g0i/g00)dxi ,那么可得到坐标钟相差为:

dt = -ωr2dθ/(c2- r2ω2)

因此也可以看出我的猜测是正确的,用原帖求坐标时间“误差”的方法与求解在圆周上的时轴正交系的过程等效。 

 [7楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2004/12/05 20:17 

仅在一条空间线上有效,而且事件的t'值不具有唯一性

你的正交系,在与轴线垂直的平面上,适用描述一条空间线(圆周)的时空。我画过图请一阅,从图中可以看出一时空点的t'不是单值的。如果画出多条这样的曲线(R不同),必然与对径向的正交要求相矛盾。这就是为什么说,在一区域内不能建立正交系的原因。

 

[楼主]  [8楼]  作者:xuebinguo  发表时间: 2004/12/05 22:55 

是的,你说得没错,这个问题是没有普遍解的

这个坐标系比较讨厌的一点是 t 并不代表 GR 里面的真正时间,我经过几个变换的比较有点明白这个意思了,不过太难表述了。

等我想清楚了再说这个同时性的问题。

 [9楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2004/12/05 23:27 

GR中,一般同时性问题是不能解决的

这也是相对论的一种不自恰,但相对论者认为对此视而不见,相对论就自恰了。

 

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