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经典相对论谈“惯性参照系的选择” 惯性参照系是指在空间中静止或做匀速直线运动的物质系统。因为不论牛顿力学还是狭义相对论都只能在惯性参照系中才成立，所以对它的正确选择在物理学中就成为一个十分重要的问题。 按照牛顿第一定律，在空间中一个不受任何外力作用的物体就可以作为惯性参照系。但实际上，因为在宇宙空间中，所有物体都在相互作用着，所有物体都在各自做着不同的变速运动。所以在现实的物质世界中，严格的惯性系是找不到的。 但我们可以找到近似理想的惯性系。一、天文观测表明：在宇宙空间中，所有的实物质都是呈系统化、等级式机构的；且物质系统的级别越高，其整体运动的加速度就越小，因此就越适合作惯性系。如以太阳作惯性系就比地球优越，而如以银河系作惯性系则比太阳更理想。二、因为所有的实物体都有惯性质量，所以所有物体的运动速度都不可能是突变的，都只能是连续的渐变过程。就是说所有的实物体都有一定程度的惯性运动，只要时间足够短就可将之近似为惯性系。但在使用这种惯性系时，须给被研究的物体附加一个惯性力；或按照广义相对论中的等效原理，将之等效为引力场力。只有当物体只在万有引力作用下运动时，惯性力和引力场力才可相互抵消，才能不用附加任何力。三、还有在使用惯性系时，被研究物体不得影响或严重影响惯性系的运动状态，否则它就不再成为惯性系。所以这就要求：①被研究物体对惯性系不能有力的作用；②被研究物体的质量远远小于惯性系的质量；③被研究物体的转动惯量远远小于惯性系的转动惯量④被研究物体的的位置及运动范围不得离开惯性系太远。两相互作用的质量不相上下的物体就不宜将其中任何一个作为惯性系。此时应选级别比它们高的物质系统作为惯性系。 当然惯性系的精度也不是越高越好。因为惯性系的级别越高，离我们越远，用起来越不方便。如研究地球上一般物体的运动，以地面为惯性系即可。但若以地心或以太阳为惯性系，那就太麻烦了；而在天文观测中，则必须确定天文惯性参照系。总之，在实用中如何选取惯性系，必须根据研究问题的需要来定。 附： 经典相对论的思想精髓 1．空间是物质的。全部的宇宙空间是连续统一的物质海洋，可容纳所有的实物体。 2．物体在空间中的运动是绝对 的，物体彼此间的运动是相对的。 3．光是一种空间波。真空中的光速是由空间的性质决定的，与光源的运动状况无关。 4．局部时空的性质是由物质决定并通过物质体现出来的，具有一定的可变性，可因时、因地、因状态而异。 5．实验证明：在所有惯性系中有许多测量结果具有不变性。其中任意闭合路径的总平均光速就总是一个恒定值。 6．在做绝对运动的参照系中，所有时钟的运行速率都将变慢，所有物体在运动方向上的长度都将缩短，其收缩因子均为 SQRT(1 — uu / cc ) 。因此在动、静惯性系之间，同一世界点时空坐标的变换公式是 x＇= (x — u t ) / SQRT(1 — uu / cc ) y＇= y z＇= z t＇= t SQRT( 1 — uu / cc ) 7．我的上述时空坐标变换式是新狭义相对论的基础。由此推出的速度变换式是 Vx ＇ = （Vx — u）/ （1— u u / c c ） Vy ＇= Vy / SQRT（1— uu / cc） Vz ＇ = Vz / SQRT（1— uu / cc） 8．可以断言：在引力场和加速场中的时空变化规律将是新广义相对论的基础。由新狭义相对论和新广义相对论即组成我们整个的经典相对论。 |