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为了检验您是否真的理解了相对论的相对时空观和相对运动观，请您回答如下两个问题： 1、一个既无自转又无公转未受其它星体影响的星球，其上有一观察者（甲）静止于该星球引力场中，请问该观察者如何看待自己的运动状态？他是否有权认为自己所在的参考系是一惯性参考系？ 2、一个受非引力作用（如缆索的拉力）相对于某一惯性系加速运动的电梯，其上有一观察者（乙）静止地站立于该电梯内，请问该观察者如何看待自己的运动状态？他是否有权认为自己所在的参考系是一惯性参考系？ 请您用相对论的观点加以分析。如果您认为可以看作是惯性系，请一定阐明理由，并指明是局域系还是全局系！！！
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这是一个很关键性的问题，很可能是我们与拥相者达成共识，挑战相对论的突破口，欢迎建其及各位网友参与讨论。 您真正理解相对论的相对时空观和相对运动观吗？请您讨论！ |
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若完全按相对论的观点，观察者乙也应是惯性系！这就为反驳相对论找到了突破口！！！ 观察者甲是惯性系，我相信大家都同意。 估计大家都会自然而然地认为观察者乙不是惯性系。错了，这实际上是在用牛顿的绝对时空观及惯性系的定义替相对论“解围”，如果完全按照相对论的观点，观察者乙也应是惯性系（具体原因我先不说，想先听听大家的意见）。这样一来，意义就重大了！比如在“双生子问题”中，相对论常常以外出的火箭不始终是惯性系为辩护，至使我们难于反驳。若有了上述结论，相对论就再也无法辩解了。 |
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“观察者乙不是惯性系”这是肯定的，因为作用于观察者乙的外合力不为0。根据等效原理，观察者乙处于引力场中。当仅是考虑引力场中一个无限小区域时，我们才可以认为观察者乙是惯性系，同时，欧氏几何学有效。
广义相对性原理指的是什么？简单一句话：特别优越参考系是不存在的。所谓特别优越参考系，是指用其坐标所表示的物理规律具有最为简单的形式。 ※※※※※※ 有所突破——《隐参量在物理学中的作用和地位》，诚请指点。http://wang.sellcn.com/com/wyg/ns_detail.php?id=28976&nowmenuid=83686&cpath=&catid=0 |
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这是比较典型的在用牛顿的理论替相对论辩护！我不知道还有没有人持类似观点。我想等大家都说一说后再公布完全按相对论的分析。 这是比较典型的在用牛顿的理论替相对论辩护！我不知道还有没有人持类似观点。我想等大家都说一说后再公布完全按相对论的分析。 |
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另外，请吴先生一定要回答一下，您认为观察者甲所在的参考系是一个“全局”惯性系还是一个“局域”惯性系？ 我在主贴中也说得很清楚，若认为是惯性系，请指明是局域系还是全局系。 请您一定回答：观察者甲所在的参考系是一个“全局”惯性系还是一个“局域”惯性系？ |
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回复黄先生所问： 要回答你的问题，首先要明白惯性系这个概念在广义相对论中的地位。 在牛顿和狭义相对论中，惯性系是非常重要的，用其坐标表示的规律似乎是最简单。但是要定义力就要先定义惯性系；要定义惯性系又要先定义力。很明显是在兜圈子。正是这个原因迫使爱因斯坦走引力场道路。 在广义相对论中，用惯性系坐标表示的物理规律与非惯性系一样，所以惯性系并不具有特别优越的地位。 我们之所以保留观察者甲为惯性系的称呼，那是因为相对于加速电梯而言，在计算上更为简便些，从这个角度讲，观察者甲参考系更为“优越”。表现在： 就描述某一时刻加速运动电梯参考系中发生的静态物理现象而言，观察者甲参考系与电梯参考系之间的时空变换是洛伦兹变换（具有庞加莱群的相对性）。其特点是欧氏几何学和空间各向同性保持有效。 相反，就描述某一时刻观察者甲参考系手中发生的静态物理现象而言，观察者甲参考系与电梯参考系之间的时空变换具有光滑的、一一对应的完全变换群的相对性。其特点是我们不能再固执地认为空间各向同性与欧几里得性了。 由此可见，观察者甲是局部在计算上有一定优性的参考系，即惯性系。 |
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吴先生，您所答非我所问！ 我所问的是：您认为观察者甲所在的参考系是一个“全局”惯性系还是一个“局域”惯性系？抑或您认为根本就不是一个惯性系！ |
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回复:说明你没有认真看帖。我的帖不仅回答了你的问题，而且还陈述了原因。比如 说明你没有认真看帖。我的帖不仅回答了你的问问题，而且还陈述了原因。比如帖中最后一句： “由此可见，观察者甲是局部在计算上有一定优性的参考系，即惯性系。” 不就是说观察者甲惯性系是局限于我们讨论的系统有效的惯性系。 |
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对不起，刚才确实没有看仔细！但您所理解的“局部”与相对论所说的“局域”似乎不同，那么请问： 您说“由此可见，观察者甲是局部在计算上有一定优性的参考系，即惯性系。” ，这儿的“局部在计算上”是何含义，与相对论所说的“局域”是否相同？您的意思是不是说观察者甲是一个“局域惯性系”？但您又说“即惯性系”，意思似乎又在说全局惯性系。究竟是指那种，请您说清楚！ |
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对于广义相对论来说，惯性系仅是加速系特例而已。局部也好，局域也好，其意思都一样。当电梯外力消夫而匀速直线运动，我也可称之为惯性系。但有一点要注意的是，当我们追究电梯原先的加速历史时，即我们研究的对象与电梯原先的加速历史有关，则电梯要作为非惯性系看待。
同理，我们研究的对象与观察者甲原先的加速历史无关，则观察者甲为惯性系。否则，为非惯性系。 所谓“出现加速度时，要用广义相对论”，主要指这点。 |
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吴先生，请您再明确一些：观察者甲到底是局域惯性系还是全局惯性系，抑或是非惯性系？您为何总是不给一个明确回复！ 您真正理解相对论的相对时空观和相对运动观吗？请您讨论！ |
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这么重要的问题，仅有吴先生一个参与讨论，真是可惜！我先按相对论的观点说出观察者乙的运动情况分析，请大家看看对不对？ 对第二种情况，我先说一段对其运动情况的分析，请大家发表意见，看符不符合相对论的观点。 由于是电梯内的观察者，按照爱因斯的习惯做法，他可以做些力学实验来确定其运动状态，比如他拿出表、手帕之类的东西，让他们从手中掉下。一系列的实验后，他会得到这样的认识：“我不知道有什么理由可以相信我的电梯在作绝对运动。我的表、手帕以及一切物体的下降，是因为整个电梯都在引力场中的缘故。我所观察到的运动和人们在地球上所看到的完全一样，人们简单地用引力场的作用来解释地球上的物体下落的运动，我也是如此。”由此，他会得结论说：“电梯静止，有引力场”。 |
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我不是很明确地说清了吗？是否为惯性系是相对研究的对象而言。根本不存在全局的惯性系。 狭义相对论存在全局惯性系的概念，而对于广义相对论来说，不存在全局惯性系。 请你注意的是，除了洛伦兹变换在引力场中一个无限小区域成立外，我们再也看不到狭义相对论与广义相对论之间的联系。不要停留于狭义相对论上来看广义相对论。 |
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请吴先生明鉴，我丝毫没有用狭义相对论的观点来看广义相对论的意思。 我同意，“对于广义相对论来说，不存在全局惯性系”，甚至根本不需要惯性系这种概念，这是因为广义相对论将引力场的作用纳入到了时空体系中，与一种“时空弯曲”描述模式。 但在狭义相对论中，惯性系的概念还是必不可少的。讨论引力问题时，可采用将惯性系和外力作用分开来说的描述模式，即“惯性系+引力场”的模式。这种模式与“时空弯曲”的描述模式可以等价。 对于观察者甲是不是惯性系的问题，请问您是否一定要在广义相对论的框架下才能讨论？可不可以按照“惯性系+引力场”的模式讨论？既然您也承认“狭义相对论存在全局惯性系的概念”，那么请问，观察者甲究竟算不算惯性系？
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相对论的观点。有引力场就不是惯性系了。
但可以通过坐标变换（即选择有相对速度及加速度的参考系）使局域时空的引力场不存在，则可视为局域惯性系。 也就是在无旋转的失重状态，就是爱因斯坦的惯性系，这与牛顿的惯性系有很大的不同。 举例说明，如果不计空气阻力的话，皮球在腾空期间（无旋转），就是爱因斯坦的惯性系。地球表面不是惯性系，但皮球跳起来，在最高点，相对于地面静止的瞬间，是惯性系。比较二者很多方面差别不大，因此可以将地球表面近似看作惯性系。 局域时空是瞬间的。按爱因斯坦的说法，只有在无穷小的时空区域内才是严格准确的，一般局域惯性系都是近似的。 |
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观察者甲代表星球这个系统，则其满足牛顿或狭义相对论 观察者甲代表星球这个系统，则其满足牛顿或狭义相对论所定的惯性系。因为生存在这个星球上的观察者永远不能判断被设想为静止的空间究竟是否就不会处于匀速平移状态。 但是当我们研究星球引力场时，观察者仅是该引力场中点一个参考系，除非我们局限于无限小区域来讨论，否则它不再是惯性系了。这里，我们要用到爱因斯坦场方程。 你提出“惯性系+引力场”方式来讨论，我想是行不通的。一是时间的定义问题，二是原来被认为“真理”的欧氏几何学有多大的行性。 我的观点是：若是你对爱因斯坦的基本公设没有提异议，爱因斯坦解题的方法是完美。 ※※※※※※ 有所突破——《隐参量在物理学中的作用和地位》，诚请指点。http://wang.sellcn.com/com/wyg/ns_detail.php?id=28976&nowmenuid=83686&cpath=&catid=0 |
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这个问题是很重要，但仅有吴先生等几人参与，是因为对多数人来说，你说的这个问题很简单，却又非常的复杂！
a.说它简单，是因为大家知道你在说什么。 b.但要说清楚，却没办法表达出来。 好比时间，有一个哲人说：“时间是什么？我清楚。可你要问我什么是时间，我却说不清楚了。” 我现在参与，表达一下我的认识，看能否给您带来讨论的快乐。但先申明，我不参战。 1.先回答你的问题，按相对论观点：第二个情况，不是惯性系。 2.我认为，这个问题的答案中，不仅有A、B两个观察者，还隐藏着一个第三者：提问者自己，实质上也是个参与了的观察者！ 无论什么系，惯性系也罢，非惯性系也罢，运动的关系至少得有一个观察对象做参照物，观察者相对这个观察对象既参照物，来确定自己的运动状态。 因此在第一个问题中，只有有引力场的星球和A观察者的话，A的参照物是什么呢？如果你说他是惯性系，那也只能是相对你这个提问者或回答者而言是！如果站在A的立场上，只有星球和他自己，就只能把星球做参照物，他得出什么结论也就不言而愈了吧。除非他看到你的存在，得出和你一样的结论。 在第二问题中，B是个一生都生活在加速封闭容器中的观察者，这是相对论对他的定义，他一生中都不会知道有你的存在。因为他的参照物就是他生存的系统。但如果他发现了或者说观察到你的存在，那他又怎么会得出他在引力场的结论呢！！！相对论者阻断了他对系统外的一切观察的通道，他只是个永远生活在封闭系统内的观察者而已。 因此客观的自然规律加入了主观的因素。 |
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观察者甲代表星球这个系统，则其满足牛顿或狭义相对论所定的惯性系。（（（同意！）））因为生存在这个星球上的观察者永远不能判断被设想为静止的空间究竟是否就不会处于匀速平移状态。
但是当我们研究星球引力场时，观察者仅是该引力场中点一个参考系，除非我们局限于无限小区域来讨论，否则它不再是惯性系了（（（您多次提到无限小的区域，我想您是把概念搞混了。对于在引力场中自由下落的物体，根据等效原理将其视为“惯性系”，这种惯性系才有局域的概念，才要用无穷小来限制，其原因在于实际的引力场不可能是均匀的，区域一大，引力场强有区别。而我们现在讨论的参考系，是“静止”在引力场中的，与上述在引力场中“自由运动”的参考系完全是两回事，请您说说为什么还要局限于无穷小的区域？？）））。这里，我们要用到爱因斯坦场方程。 你提出“惯性系+引力场”方式来讨论，我想是行不通的。（（（这并不是我提出来的，更谈不上行不行得通！牛顿理论一直用的是这种模式！狭义相对论也基本上是这种模式！！只是到了广义相对论将引力时空化以后，才将引力不再视为力，而是将其影响纳入到视时空中，视为时空的一部分，称为“时空弯曲”。其实这只是两种描述方式不同而已，实质上没有本质区别。）））一是时间的定义问题，二是原来被认为“真理”的欧氏几何学有多大的行性。（（（如果不将引力纳入到时空，时空自然就是平直的，欧氏几何学当然有效。如果怀疑一切，我也完全可以问，在广义相对论中，非欧又有多大可行性呢？））） 我的观点是：若是你对爱因斯坦的基本公设没有提异议，爱因斯坦解题的方法是完美。（（（我的用意，从以后的讨论您就可以知道！）））
黄德民 |
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久广先生，我们说得还不是一件事，请您看看下面的“这么重要的问题，......”一贴，您看能不能代表相对论的观点。若认为能，可以 您真正理解相对论的相对时空观和相对运动观吗？请您讨论！ |
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谢谢您参与！但您似乎没有理解传统的参考系的含义，也没有理解相对论的思想！ 谈到什么，自然得指明参照物，这没错。
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回复黄先生: 你的问题似乎很接近爱因斯坦为说明“等效原理”而举的电梯的例子，也有人愿意称其为“实验”。 相对论认为，在有引力场时静止，与无引力场时的匀加速运动是完全等效的，即无法用物理实验等方法发现两者的不同（不包括光学观测，如用天文望远镜等）。在封闭实验室中，我们是无法测到地球及实验室相对于太阳的速度及方向的，这似乎没有争论（角速度则可以测到）。爱因斯坦是将这种无法测到的情况推广到加速度。 你举的例子应该就是相对论的例子，但相对论认为有引力场的情况下不是惯性系，就如同牛顿力学认为在匀加速运动的情况不是惯性系一样。而无引力匀加速电梯里，放开少中的球，则球在很短的时间内相对于惯性系做匀速运动（牛顿力学），另外一种说法是球在此瞬间是局域惯性系（相对论）。 |
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我主贴中的“第二种情况”实质上也是爱因斯坦自己举的一个例子！其结论是：“电梯静止，有引力场”。这样，就相当于等同于主贴中 久广先生： 您说的没错，这就是爱因斯坦亲自举的又一个例子，只不过没有象引力场中自由降落的“电梯例子”那样被广为人知罢了。对于这种情况下的观察者（乙），爱因斯坦在《物理学的进化》中是这样说的：“我不知道有什么理由可以相信我的电梯在作绝对运动。我的表、手帕以及一切物体的下降，是因为整个电梯都在引力场中的缘故。我所观察到的运动和人们在地球上所看到的完全一样，人们简单地用引力场的作用来解释地球上的物体下落的运动，我也是如此。”，观察者（乙）会得结论说：“电梯静止，有引力场”。 虽然爱因斯坦在书中也说观察者（乙）不是惯性系，但请注意：既然观察者（乙）得结论“电梯静止，有引力，这实质上就跟第1情况完全一样了！！，如果观察者（甲）有权认为自己是惯性系（除非不承认观察者甲是惯性系！），观察者（乙）也有权认为自己是惯性系！！ 这样，相对论的支持者经常为“双生子问题”进行辩护的理由——外出者不始终是惯性系的说法就不成立了。这就是此贴讨论的意义。 |
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现在回答为什么说观察者乙也是惯性系？讨论此贴的意义是什么！ 对于主贴中的问题，相信大多数人都会认为第1种情况中的观察者甲有权认为自己是惯性系，因为这基本上是个常识，例如，如果不计入地球的自转，地面是个很好的惯性系。但对第2情况中的观察者乙，大多数人会很自然地认为不是惯性系，为什么？因为根据牛顿的观点，变速运动的参考系肯定不是惯性系。但这只是绝对时空的观点，若完全按相对时空的观点，情况会完全不同。 第2种情况是爱因斯坦亲自举的又一个例子，只不过没有象引力场中自由降落的“电梯例子”那样被广为人知罢了。由于是电梯内的观察者，按照爱因斯的习惯做法，他可以做些力学实验来确定其运动状态，比如他拿出表、手帕之类的东西，让他们从手中掉下。通过一些分析，对观察者（乙），爱因斯坦在《物理学的进化》中明确说：“我不知道有什么理由可以相信我的电梯在作绝对运动。我的表、手帕以及一切物体的下降，是因为整个电梯都在引力场中的缘故。我所观察到的运动和人们在地球上所看到的完全一样，人们简单地用引力场的作用来解释地球上的物体下落的运动，我也是如此。”，观察者（乙）会得结论说：“电梯静止，有引力场”。 （以中“”内内容完全摘自该书） 虽然爱因斯坦在该书中也说观察者（乙）不是惯性系，但请注意：既然观察者（乙）得结论“电梯静止，有引力，这实质上就将问题完全转化为跟第1情况一模一样的问题了！！既然观察者（甲）有权认为自己是惯性系（除非不承认观察者甲是惯性系！），观察者（乙）也有权认为自己是惯性系！！ 这样，相对论的支持者经常为“双生子问题”进行辩护的理由——外出者不始终是惯性系的说法也就不成立了。这就是讨论此贴的意义！ |
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鄙人参与一下…… 黄先生中秋节好！久违了！对你的问题我是这样认为的： 在一个理想的惯性系内，一切物体都应处于失重后的自由状态。所以你说的这两种情况显然都不是理想的惯性系。但在与场方向垂直的局部平面内可以近似作为惯性系。如当地球绝对静止时，在水平面上不就可以作为惯性系吗？ 不知你提这一问题有啥重要的？ |
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回复黄先生 （（（您多次提到无限小的区域，我想您是把概念搞混了。对于在引力场中自由下落的物体，根据等效原理将其视为“惯性系”，这种惯性系才有局域的概念，才要用无穷小来限制，其原因在于实际的引力场不可能是均匀的，区域一大，引力场强有区别。而我们现在讨论的参考系，是“静止”在引力场中的，与上述在引力场中“自由运动”的参考系完全是两回事，请您说说为什么还要局限于无穷小的区域？？））） 回复：不是我把概念搞混了，而是您对于广义相对论不是很清楚。 自由落体之所以为惯性系，那是因为任一时刻，我们可以找到这样一个参考系，使用使得作用于落体上的引力被变换掉。 同理，观察者甲为静力场中一个静止的点，要使它成为惯性系，我们就要通过选择适当参考系，使得作用于这个点上的引力被变换掉。也就是说，能过这种变换，我们才可以把观察者甲看成是这个无限小区域的惯性系。 |
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回复:B的系统中如果有门窗的话，爱因斯坦就错了 前面我就说过了，第二种情况中的观察者B在相对论中的地位是个一生都生活在那个封闭系统（电梯）中的人，到死他都不知道系统外面的世界！（电梯没窗户，实际上也没有门，呵呵）。他根本就不知道您的存在。 |
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（（（您多次提到无限小的区域，我想您是把概念搞混了。对于在引力场中自由下落的物体，根据等效原理将其视为“惯性系”，这种惯性系才有局域的概念，才要用无穷小来限制，其原因在于实际的引力场不可能是均匀的，区域一大，引力场强有区别。而我们现在讨论的参考系，是“静止”在引力场中的，与上述在引力场中“自由运动”的参考系完全是两回事，请您说说为什么还要局限于无穷小的区域？？）））
回复：不是我把概念搞混了，而是您对于广义相对论不是很清楚。 自由落体之所以为惯性系，那是因为任一时刻，我们可以找到这样一个参考系，使用使得作用于落体上的引力被变换掉。 同理，观察者甲为静力场中一个静止的点，要使它成为惯性系，我们就要通过选择适当参考系，使得作用于这个点上的引力被变换掉。也就是说，能过这种变换，我们才可以把观察者甲看成是这个无限小区域的惯性系。 ※※※※※※ 有所突破——《隐参量在物理学中的作用和地位》，诚请指点。http://wang.sellcn.com/com/wyg/ns_detail.php?id=28976&nowmenuid=83686&cpath=&catid=0 |
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您说的对！但是目前我们讨论的话题是，如果承认爱因斯坦的观点，会得到什么结论！ 结论就是：第2种情况转化为第1种情况，也应为惯性系。这样相对论者为“双生子问题”辩护的理由就不成立了。 |
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谢谢马先生参与！这一贴的意义我已经发贴说明，请您看“79700”贴！ 您真正理解相对论的相对时空观和相对运动观吗？请您讨论！ |