| GUOJIA： 你好！ 也许你学相对论学得太多了，而忽视了对牛顿力学的深入学习和思考。这也难怪，过去我们的教科书对牛顿力学的基本原理和基本概念介绍得太少，对于只注重教科书而忽视独立思考的人，难免有些问题搞不清楚，再加上相对论的一些错误攻击，自然容易让人犯糊涂。可是，学相对论的人，你却连超光速是什么含义你都说错（超光速的含义是超常数C，而不是超实实在在的光速），我又觉得不可思议。 由于上一帖中涉及的内容太多，我不可能一一回复你，只能将我以前写的东西分类帖出来供你参考。 帖子太长，但还是希望你耐心地看一看。也许是网络资源宝贵吧，我们在这儿讨论的人，往往是没有看清别人的帖子就胡乱发帖反击（我也可能有类似问题）。我下面的几个帖子，希望你能仔细看看，我相信对你研究物理学问题会有好处的。有什么不对，请你直言不讳地指出来（我相信你也能做到）。可惜的是，明天早上我就要出差，有什么问题，月底回来后，我们再讨论。 黄德民2001。10。19 |
| 力、运动、惯性系 我们知道，运动是物质的基本存在形式，世界上的物质都处在永不停息的运动之中。所有物质都有惯性，当没有受到外界作用时，物质将保持静止或匀速直线运动不变；而当物质受到外界其它物质作用时，物质的运动状态就要发生改变。因此，物质的运动可分为两大类，一类是匀速直线运动，另一类就是变速运动。 物理学中，物质之间的相互作用通常用“力”来表示，既然物体只有受到外界作用时，其运动状态才会发生改变，这也就是说，“力是使物体运动状态发生改变的原因”。当物体没有受到外界物质的作用或外界物质对其作用力合力为零，则该物体保持匀速直线运动或静止状态不变；而当物体受到外界物质作用合力不为零时，该物体将作变速运动。因此，一个物体是否受到了外界物质的作用以及受到的合外力是否为零，是判断一个物体在作匀速运动还是在作变速运动的基本标准。 反过来，如果物体保持静止或匀速直线运动不变，我们可以得结论说，该物体没有受到外界物质的作用或者外界物质对它的作用力合力为零；相反，如果物体作变速运动，我们可以得结论说，该物体受到了外界物质的作用。 由此可见，运动与力密切相关，我们既可以从物体的受力情况确定物体的运动状态，也可以从物体的运动状况推断物体的受力情况。 力的存在是客观的，力的存在具有绝对意义，这是任何人都清楚，也能体会到的。既然物体运动状态的改变是由力引起的，自然，由力引起的变化也相应地具有绝对意义。换句话说，物体是否在作匀速运动还是在作变速运动是有绝对意义的。我们常说“运动具有绝对意义”，应该是指这种含义。我们要将“运动具有绝对意义”这句话理解为物体是在作匀速运动还是在作变速运动具有绝对意义，而不应该理解为物体是静止还是运动具有绝对意义。 关于运动是否具有绝对意义以及怎样理解它，存在着两种完全相反的错误观点。一种观点认为静止和运动具有绝对意义，人们可以将绝对静止和绝对运动区分开来。但事实上，我们无法区分物体是真正静止还是在作匀速直线运动（对此问题，下面还将作专门讨论），这种认识夸大了运动具有的绝对意义。 另一种观点则完全相反，它否认运动具有绝对意义，否认匀速运动和变速运动之间的区别，认为一切观察者都有权认为自己是静止的，相对论就持这种观点。事实上，否定运动具有绝对性的论据和理由是站不住脚，前几章的分析已经让读者看到了这一点，否认运动具有绝对性给物理学造成了许多困难和矛盾，下面的分析还将使读者更加清楚地认识到这一点。 经验告诉我们，变速运动往往具有一些区别于匀速运动的物理效应。由于这些物理效应的存在，人们早就认识到了运动所具有的绝对意义。 例如，当汽车紧急刹车时，车上的人会不由自主地往前冲，感觉似乎有一股力在把他往前推。反过来，只要感受到这种现象，车上的人知道一定是汽车在紧急刹车，因为这种情况决不会在汽车作匀速直线运动时发生。又如，当圆盘转动时，用弹簧与圆盘相连的物体，会由于离心力的作用使弹簧产生形变。反过来，在排除其它受力的情况下，只要发现弹簧产生形变，就知道圆盘在转动，因为这种情况决不会在圆盘静止时发生。 其实，这类例子很多，相信大家都有过这样的经历和感受，用不着我们在这儿举更多的例子。有太多的事实表明，物体作变速运动具有与作匀速直线运动明显不同的物理效应。这说明，物体在作变速运动还是在作匀速运动是有区别的，而且是可以区分的。历史上，关于运动是否具有绝对意义，曾展开过残酷论战。“日心说”与“地心说”之争，本质上就是关于运动是否具有绝对意义以及如何看待运动具有的绝对意义的争论。“日心说”最终战胜了“地心说”，这本身就说明，通过争论，人们最终认识到了运动所具有的绝对意义，明白了“太阳围绕地球转”仅仅是一种表象，其真正本质是“地球围绕太阳在转动”。 物体作变速运动时除了有惯性力这种力学效应外，还会观察到与匀速运动不一致的物理现象。例如，当汽车紧急刹车时，原先静止在桌面上的小球会突然飞出。小球并没有受到（除重力和支撑力以外）外力的作用，运动状态却突然改变，这显然与惯性定律不符。同样，当从转动的圆盘上松开小球时，盘内的观察者会看到小球沿弧线飞出。小球没有受到外力的作用，却不能保持匀速直线运动，这也与惯性定律不符。 由此可见，观察者作变速运动时与作匀速运动时对物理规律的认识是不同的，这同样表明物体在作变速运动还是在作匀速运动，是有本质区别的。我们不能把匀速直线运动说成是变速运动，也不能把变速运动说成是匀速直线运动，更不能把作变速运动的物体说成是静止的。人们既可以根据运动物体是否感受到惯性力或离心力（本质上也是惯性力）等物理效应来确定物体是在作匀速运动还是在作变速运动，也可以根据惯性定律是否失效来确定物体的运动状态。当感受到惯性力或观察到惯性定律失效时，就可以断定观察者自身在作变速运动。 无论是测定惯性力还是观察惯性定律是否失效，都属于力学实验的范畴。由于绝大部分变速运动都具有与匀速运动不同的力学效应，因此，大部分变速运动都可以应用力学实验的方法加以确定。 但是，还有一种变速运动，是力学实验的方法确定不了的。单纯由引力引起的变速运动既测量不到惯性力的存在（引力是一种比较特殊的力，它最大的特点是均匀地作用于物体的每一质量点上，不会引起物体内部应力的变化。这使得由引力引起的变速运动，从内部感受不到惯性力的存在），局部范围内也观察不到惯性定律的失效。因此，力学实验的方法还不能成为判别物体是否在作匀速运动的基本标准。 例如，在爱因斯坦所举的在引力场中作自由落体运动的升降机的例子中，升降机明明在作匀加速运动，但不管升降机内的人在其中做什么样的力学实验，既不会发觉惯性定律的失效，也不会感觉到惯性力的存在。因此，升降机内的人不可能通过力学实验的方法知道升降机在作加速运动。若坚持以力学实验的结果为标准，必然会把作加速运动的升降机误认作在作匀速运动。 相对论者恰恰就是抓住了这种例子不放，他们以力学实验不能确定其运动状态为由，来否定运动所具有的绝对意义。但是我们明明知道升降机在作变速运动，为什么非要说“升降机内的观察者有权认为自己是静止的”呢？难道升降机内的人真的没有办法确定自己的运动状态了吗？其实，办法是有的，这就需要用到惯性参考系（简称惯性系）。 所谓惯性系就是保持静止或匀速直线运动的参考系。如果我们已经知道某物体处在静止或匀速直线运动状态之中，则该物体可作为惯性参考系。一旦有了惯性参考系，其它物体就可以以惯性系为标准确定自身的运动状态。如果相对于惯性系的速度保持不变，则该物体一定在作匀速直线运动（含静止状态）；相反，如果相对于惯性系的速度在不断变化，则该物体一定在作变速运动。在升降机的例子中，升降机内的人只要睁开眼睛向外看看，他们就会发现他们与地球之间的速度在不断变大。而地球可被看作为惯性系，升降机内的人不可能把他们与地球之间的速度变化归结为地球运动速度的变化，只能认为是升降机自身在作加速运动。由此可见，以惯性参考系标准，升降机内的人完全能够知道升降机在作加速运动。 事实上，宇宙中可被看作是惯性系的物体很多，上述例子中，升降机内的人并不一定要选择地球为参考物，选择太阳或其它恒星，他们同样能得出升降机在作变速运动的结论。 以惯性系为标准来确定物体运动状态的办法具有普遍适用性。任何物体，只要以选定的惯性系为标准，都能确定自身的运动状态。因此，惯性系可成为人们判定物体是在作匀速运动还是在作变速运动的一个基本标准。 谈到这里，或许有人会问：既然了解物体的运动状态要以惯性系为标准，而确定惯性系又必须了解物体的运动状态，这是否产生了循环逻辑？ 问题在于，人们可以借助惯性系确定物体的运动状态，但这并不是说，要了解物体的运动状态必须得以惯性系为标准。事实上，力是物体运动状态发生改变的原因，判定物体是否受到外界作用以及受到的合外力是否为零，仍然是确定物体运动状态的根本标准。我们完全可以通过分析物体的受力情况来确定惯性系，上面所说的循环逻辑根本不会出现。 最初的惯性系可以这样来确定。设想有一个巨大的天体处在茫茫宇宙之中，它周围没有其它物质和星体。由于没有外界物质对它产生作用和影响，这样的天体必定处在匀速运动状态之中，因此，完全有理由把它看作是惯性系。理论上，我们可以用这种思路来寻找惯性系。 严格说来，这种想法还只是一种假想思路，因为宇宙间的物质都处在相互作用和影响之中，决不存在一点也不受其它物质作用和影响的物质或天体，也没有任何物质能绝对地保持匀速运动状态不变。因此，绝对的、理想的惯性系是不存在的。但理论是为实践服务的，如果物体本身的运动状态变化率极小，对要研究的问题带来的影响和偏差非常之小，完全在允许的误差范围之内，则这样的物体可以看作是惯性系。茫茫宇宙，各个星体之间大都相距十分遥远，相互之间的作用和影响十分微弱，许多星体的运动速度的变化率都非常小，因此，这样的天体都可以看作是惯性系。 与我们关系最密切，也值得我们充分信赖的惯性系要数太阳系。在太阳周围，没有其它大质量的恒星，远处星体对太阳的作用和影响极其微弱；而太阳系里的行星虽然离太阳近，但它们的质量太小，对太阳的作用和影响也微乎其微，因此，太阳可以看作是一个很好的惯性系。事实上，人们研究天文学问题大都以太阳为参考系，而达到的精度之高，是有目共睹的，这本身就说明把太阳当作惯性系是十分正确的。 日常生活中，我们也可以把地球当作惯性系。尽管地球受太阳引力的作用速度（方向）在不断变化，同时地球由于自转，速度（方向）也在不断发生变化，但这两种变化变化率都非常小，比起我们日常生活中碰到的加速运动来讲，其速度变化（即加速度）要小得多，故以地球为惯性系，基本能满足我们日常生活对有关物体运动状态的判断。 由此可见，某一物体是否可以被看作惯性系，与我们要研究的问题密切相关，而精度问题是其中最重要的一个因素。如果要研究的问题本身精度要求非常高，就必须选择运动状态变化很小的物体为参考系；如果要研究的问题对精度要求不高，则运动速度的变化率不是很大的物体都可以当作惯性系来看待。一般来说，被选作为参考系的物体，只要其运动速度的变化率比要研究的物质的运动速度变化率低上一、两个数量级，该参考系就可以被看作是惯性系。 对物理学来说，惯性系是一个非常基本也非常有用的概念，人们往往要借助惯性系的概念才能更好地解决物理学问题，但另一方面，却常常有人企图否定惯性系的概念。他们认为，既然绝对的、理想的惯性系是不存在的，而经典物理学又离不开惯性系的概念，这本身就表明经典物理学存在着重大缺陷。这种观点表面看起来似乎颇有道理，其实是错误。理论是为实践服务的，它离不开抽象概念。既然概念是一种抽象，就不能把它和现实世界绝对等同起来，否则任何概念都失去了存在的意义。例如，正方形、长方形、圆等都是一种抽象概念，但现实世界中你绝对找不到绝对的、理想的正方形、长方形或圆，可是，这些概念在现实生活中却大有用处，我们决不会因为绝对的、理想的正方形、长方形或圆不存在就放弃这些概念，更不会以这样的理由来否定几何学的存在意义。同样道理，我们也不能因为绝对的、理想的惯性系不存在，就否定惯性系的概念，更不能以此来否定经典物理学。 上面的分析，使我们更进一步认清了力、运动、惯性系这三者之间的内在联系性。归纳起来可以这样说：力是使物体运动状态发生改变的原因，物体运动状态的改变是外力作用的结果。知道了物体的受力情况，就能确定物体的运动状态，而知道了物体的运动状态，也能反推出物体的受力情况；惯性系的确定，依赖于对物体运动状态的了解，而一旦惯性系确立了，也可以以它为标准确定其它物体的运动状态。 尽管力、运动、惯性系三者之间关系密切，但经典力学似乎一直没有将它们之间的关系阐述透，尤其是怎样确定惯性系，经典力学没有向人们阐述清楚，致使许多人对惯性系的真实性产生了怀疑，对惯性系这一概念产生了动摇，甚至提出了种种非难。相对论也正是利用了人们这种模糊的认识，才提出了种种似是而非的观点。 在升降机的例子中，相对论者之所以得出升降机作匀速运动的结论，似乎自觉不自觉地认定了一个前提，那就是“力学实验是判定物体运动状态的唯一标准”。但上面的分析告诉我们，这种前提本来就是不成立的，力学实验并不是判别物体运动状态的真正标准，判别物体运动状态的最根本标准是物体的受力情况，再就是惯性系。相对论者放弃两个真正的标准不用，而选择以力学实验结果为判别准则，自然会得出错误结论。 |
| 物理定律的适用参考系 我们知道，物质是运动的，物质的运动、变化是有规律的，物理学的使命就在于揭示物质运动的变化规律，并对它们进行定性或定量描述，这样的规律就是物理定律。 规律是事物现象间内在的、本质的、必然的联系，具有客观性。但观察者眼中的物理现象却是千差万别的，同一物理事件，不同的观察者可能会得出不同的结论。某一静止的物体，在另外的观察者看来则有可能是运动的；同样，某一匀速运动的物体，在另外的观察者看来又可能是在作变速运动。这样的例子在物理学中举不胜举。由于观察者的运动状态不同，观察到的物理现象不同，他们依据现象总结出来的规律必然不同。这说明，对物理规律的认识，与观察者自身的运动状态密切相关，同一物理现象，在不同运动状态的观察者眼中，其规律是不同的。但真正反映事物现象间内在的、本质的、必然的联系的规律只有一种。这就引出了一个问题，究竟处于何种运动状态的观察者获得的认识与事物本身固有的物理规律最相符呢？或者说，物理定律究竟在什么情况下才具有普遍适用性，在怎样的参考系中才可以直接应用物理定律呢？ 我们认为，只有当观察者处于匀速运动之中，他获得的认识才是自然规律的直接反映。我们可以在两类参考系中直接使用物理定律，一类是惯性系，另一类是同背景系。 1．惯性系 我们知道，如果观察者自身的运动状态不断发生变化，必然造成观察到的现象与实际情况间的偏差，如匀速运动的物体被看作为变速运动，而变速运动的物体反过来被看作是匀速运动。既然观察者观察到的现象与实际情况已有偏差，以这种观察为基础总结出来的规律必然会偏离事物本身固有的规律。它除了包含事物本身固有的自然规律之外，还包含着观察者自身运动状态的变化因素。由此可见，作变速运动的观察者总结出来的规律并不是自然规律本身。 那么，当观察者保持运动状态不变，即观察者作匀速运动时情况会怎么样呢？此时，匀速运动的物体被观察为匀速运动（或静止状态），变速运动的物体被观察为变速运动，不会因为观察者自身的原因导致对物体运动状态的错误判断。尽管观察者速度不同时，观察到的物体的运动速度也会不同，但只要观察者始终作匀速直线运动，则不管其速度大小如何，他们对同一物体运动速度变化情况（加速度）的观测值，总是相同的。这也就是说，只要观察者作匀速运动，观察到的物体运动速度的变化率（加速度）必然等于物体运动速度的真实变化率，与观察者的运动速度无关。而物理学要揭示的就是物体运动状态的“变化”规律，反映的都是“作用与变化”的关系（即物体受到外界作用时，其状态会发生怎样的变化）。既然当观察者作匀速运动时，观察到的速度变化等于物体运动速度的真实变化，以这种观察为基础总结出来的规律就是对事物自身运动变化规律的真实反映。而且，由于与事物本质相对应的规律只有一种，故作匀速度运动的观察者，对同一事物总结出来的规律总是相同的。 鉴于“观察者作匀速运动”与“惯性系”的说法是等价的，故上述结论换一种说法就是：从惯性系中揭示出的物理定律总是相同的，它是对事物本身固有的自然规律的真实揭示，具有普遍适用性。而从非惯性系中总结出来的规律并不代表事物本身固有的自然规律，不具备普遍适用性。 由此可见，“惯性系”这一概念在物理学中非常重要，普遍适用的物理定律（公式）都是相对惯性系而言的。如果认识不到这一点，就会犯错误。相对论常常指责牛顿力学存在这样、那样的问题，其实根本不存在。 例如，相对论常用同步卫星的例子来说明牛顿定律的局限性。所谓同步卫星是指具有与地球的自转相同的角速度，在地面看来似乎固定在太空中的人造卫星。相对论认为，既然卫星在头顶上静止不动，地面上的观察者就可以得出结论说它没有加速度，根据牛顿定律，必然没有外力对它施加作用。然而，人们知道，地球的引力要使卫星“向下”，因此，牛顿派的人不得不争辩说，一定存在着一个相反的、使卫星“向上”的力，以取得引力的平衡，这种力称为“离心力”。相对论者以“离心力”不是真实力而是假想力为由来否定牛顿理论的正确性。 事实上，相对论者的上述分析和指责是不成立的。牛顿第二定律的（直接）适用范围是惯性系。在非惯性系观察到与牛顿定律不相符的物理现象，本来就十分正常，并不说明牛顿定律有什么问题。在上述例子中，相对论者似乎忘记了地球是转动的，地面上的观察者并不处在惯性系中。同步卫星并不是真正静止的，只是因为地面上的观察者处在非惯性系中，才把它当作是静止的。从惯性系来看，同步卫星在围绕地球转动，正是由于地球的引力，才使卫星维持着转动（否则，早就飞跑了），这与牛顿定律完全相符，丝毫证明不了牛顿定律有什么错误。 相对论有时还说，牛顿力学只适用于惯性系而不适用于非惯性系。这种说法就更无道理了。从日常生活到火箭上天，都离不开牛顿力学，其中又有几个是惯性系呢？不错，牛顿定律是相对惯性系而言的，这只是说，只有在惯性系中才可以直接应用牛顿定律，并不是说整个牛顿力学不适用于非惯性系。事实上，只要变换一下形式，牛顿定律照样适用于非惯性系，而这部分内容也是牛顿力学的有机组成部分。 我们已经知道，如果观察者自身作变速运动，必然会影响对物体运动状态的正确判断，观察者自身的加速度将使物体的加速度被“抵消”掉一部分，使观察到的物体加速度不再等于物体的真实加速度。在这样的参考系中应用物理定律，观察者再也不能将他观察到的加速度“直接代入”进行计算，而必须将其“还原”。以牛顿第二定律为例，其基本表达式为F=Ma。在惯性系中，F=Ma的公式可直接应用。在非惯性系中，该公式就不能直接应用。设观察者观察到的物体运动加速度为a，观察者所在参考系的加速度为a0，则物体真实加速度是a+a0（+代表矢量和）而不是a，因此在该参考系中应用牛顿第二定律时，不再为F=Ma，而应为F=M（a+a0），其数学形式发生了变化。如果将后一式子进一步改写则为F-Ma0=Ma，这一公式就可以在非惯性系中应用，其中，“-Ma0”被称为“惯性力”。由此可见，牛顿力学不是不能解决非惯性系中的物理学问题，只是它的通用公式不能直接应用，而必须作相应改变。相对论常常以“惯性力” 是虚拟力而不是真实力为由，指责牛顿力学有拼凑之嫌。事实上，我们我们已经看到，尽管把“-Ma0”叫“惯性力”这一名称是否合适值得推敲，但它的引入是有道理的，决非胡乱拼凑，相对论的指责根本不成立。 总之，要正确应用物理定律，必须正确理解公式和定律的物理含义并注意其适用范围。如果不加分辨就在非惯性系中应用，往往会得出错误结论。 尽管如此，物理定律也并非绝对不能在非惯性系中直接应用，事实上，还存在着一类特殊的非惯性系，在局部范围内，它们也可以同惯性系一样，直接应用物理定律。 2．同背景系（略） |
| “转动圆盘内欧氏几何不成立”质疑 （注：GUOJIA先生说过：“圆心处的观察者不能够随着圆盘一起旋转，否则就是“非惯性系内观察本身惯性系”的问题了。“弯曲”，是旁观者/局外者的观察结果”。如果是这样，请问，旁观者如何测定圆周周长？） 相对论除了预言时间会在两个相对运动的参考系之间相互膨胀之外，还预言空间会在两个相对运动的参考系之间相互收缩。对转动的圆盘来说，就会出现令人不可思议的情况。 设有一转动的圆盘，盘外和盘内各有一个观察者。相对论认为，在盘外的观察者看来，圆盘虽然有转动，但由于其运动速度始终与圆盘的半径垂直，故圆盘的半径不会产生收缩；而圆盘圆周上的每一小段由于始终与圆盘的转动速度平行，会因收缩使圆周周长会缩短。这样，圆周周长与其直径之比不再为π，而会比π小。 我们通常所知道的各种图形所满足的几何关系称为欧几里得几何关系（简称欧氏几何）。如三角形的三内角和等于180°，圆的周长与其直径之比为π等。在相对论中，欧氏几何成立的空间被称为欧几里得空间（简称欧氏空间）。欧氏几何不成立的空间被称为非欧几里得空间（简称非欧空间）。如球面上的三角形三内角和大于180°，故球面空间为非欧空间。 由于相对论认为转动圆盘的周长和直径之比不再为π，因此，相对论认为，转动的圆盘内欧氏几何不成立，圆盘内的空间为非欧空间。 粗粗一看，这种说法似乎颇有道理。但仔细分析就会发现，这种说法根本不成立。问题的产生，在于相对论完全用旁观者的推断代替了对事物真实情况的具体考察（这种迂回推断而非直接论证的办法在相对论对有关问题的论述中常常出现，极易使人迷惑从而轻信相对论的结论，请读者在阅读有关相对论书籍时加以注意）。 如果从站在盘内观察者的立场来分析问题，根本得不出圆盘内欧氏几何不成立的结论。 一方面，根据相对论运动无绝对意义的观点，圆盘内的观察者有权认为圆盘是不动的。既然圆盘没有运动，也就不存在因运动引起的长度收缩，圆盘的半径和周长都与正常情况无异，欧氏几何当然成立。 另一方面，即使圆盘内的观察者承认圆盘是转动的，并且同意相对论所坚持的长度会沿运动方向收缩的观点，也得不出圆盘内欧氏几何不成立的结论。因为在他看来半径方向由于与圆盘的转动方向垂直，不会产生相对论收缩；而周长方向到底有没有收缩，他只能用尺子来度量。当他拿着尺子来丈量圆盘周长时，尺子也在随圆周一起运动。如果相对论所说的长度收缩真的存在，尺子也会产生收缩。这样，周长在收缩，尺子也在收缩，两者同比例收缩，他量出来的周长值和圆盘静止时量出来的周长值根本不会有任何区别。既然半径的长度没有变，圆周的长度也没有变，欧氏几何仍然成立。 上述两方面的分析得出的结论是一致的，盘内的观察者根本不可能得出欧氏几何失效的结论。由此可见，相对论所说的转动圆盘内欧氏几何不成立的观点是不成立的。 不仅理论上的分析如此，实际观察也表明转动的圆盘周长不会收缩。如果相对论关于转动圆盘周长收缩的预言正确，则圆盘的转动速度越高，圆盘的周长就会越小。随着圆盘转速的不断提高，圆盘会不断扭曲、变形。当圆盘的转动速度接近光速时，圆盘就趋于消失。为了验证这种说法，1973年，物理学家托马斯.菲普斯用高速照相机对一高速转动的飞盘作过拍照，发现飞盘并没有依据相对性原理而扭曲、变形。菲普斯认为，狭义相对论量杆收缩的观点是不成立的，他把他的实验结果发表在《自然》杂志上（见97.10.14《科技日报》上《挑战经典理论——爱因斯坦相对论正确吗？》一文）。这说明，转动的圆盘内欧氏几何不成立的观点确实是不成立的。 |
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回复:第12期《格物》刊首语 刊首语 在这秋高气爽、国运昌盛的季节，第九届物理节开幕了！第十二期《格物》也与大家见面了！ 近代物理学，它以相对论和量子力学为两大支柱，对20世纪人类认识世界本质和变革传统观念产生了不可替代的影响。核能、计算机、激光、半导体、基因工程、空间宇航技术、宇宙学、纳米材料、超导、低温技术等的蓬勃发展改变了人类的生存方式和思考方式。 物理学是整个自然科学的基础，它与人们的生产生活、思想意识等密切相关。可是，实际上我们许多人对现代物理学的概念奇特、数学复杂、与常识违背太深表示惊讶，甚至斥之与巫术不远。 真的如此？人们应该相信由感觉带来的常识还是相信经受实验证明的理论预言？量子力学证明真空不空，具有零点能量；相对论证明我们的时间与空间是弯曲的，而且这种弯曲还会以一种时空涟漪的形式—引力波传播开来。所有的这些概念尽管奇特，但却经受了实验的证明。优美的理论和确凿的实验使得我们抛弃了自己的常识和直觉。近代物理与巫术还是有点区别的。 青年物理学会会刊《格物》承担着科学普及的任务。本届物理节主题是：传承千年科学，探索无限真知。无论专业还是非专业，无论传承还是探索，都需要科学普及。本期《格物》文章多由浙大学子创作，内容丰富、包罗万象，请看： 您想知道物质的最小组分是什么吗？证实于1995年的顶夸克的存在证据是高能物理学界的一件盛事，为标准模型的普遍接受加了一个很重的砝码。质子、中子里还有些什么？那里是量子色动力学主宰的热闹的世界，八种带颜色的胶子把三个夸克粘结在了一起。你我都是由夸克、胶子和电子组成的。 杨振宁，杨-米尔斯规范场理论的创始人，一位保守的革命者，继牛顿、麦克斯韦、爱因斯坦之后第四位泄露上帝秘密的人，于今年光荣退休。听听他的密友戴逊在晚宴上有什么说法。 科学有真科学、潜科学、伪科学、病态科学之分。西方伪科学和病态科学是如何与科学捉迷藏的呢？ 人类为什么对性乐此不疲？土豆抛出一只芽眼来生成另一只小土豆，简单得没有创意可言。有性生殖，需要心跳和伴侣，虽然麻烦，但基因重组有利进化。雄性大熊猫忙于觅食，无心求偶，克窿可拯救其灭绝。克窿使得我们不再争风吃醋，也无须徜徉在深夜的酒吧 。省心吧？大家关心关心生物物理在这方面有什么发展。 爱因斯坦是20世纪“风云人物”，是智慧的化身。他的大脑与“凡脑”有什么不同吗？去年6月，加拿大麦马斯特大学的维特森博士、基格尔博士等有了惊人发现。发现表明，傻瓜与天才的确只有一步之遥。所谓生活无法自理却精于速算的“白痴天才”想必就是这么一回事了。 听说在光子晶体、纳米碳管和卤化铜激光器领域又有一些新进展…… 罗罗嗦嗦，如此等等。大家还是打开本刊看吧！ |
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我赞同你对惯性系的看法。 “日常生活中，我们也可以把地球当作惯性系。尽管地球受太阳引力的作用速度（方向）在不断变化，同时地球由于自转，速度（方向）也在不断发生变化，但这两种变化变化率都非常小，比起我们日常生活中碰到的加速运动来讲，其速度变化（即加速度）要小得多，故以地球为惯性系，基本能满足我们日常生活对有关物体运动状态的判断。 由此可见，某一物体是否可以被看作惯性系，与我们要研究的问题密切相关，而精度问题是其中最重要的一个因素。如果要研究的问题本身精度要求非常高，就必须选择运动状态变化很小的物体为参考系；如果要研究的问题对精度要求不高，则运动速度的变化率不是很大的物体都可以当作惯性系来看待。一般来说，被选作为参考系的物体，只要其运动速度的变化率比要研究的物质的运动速度变化率低上一、两个数量级，该参考系就可以被看作是惯性系”。 ---------------------------------------- 实际上这是一个最为基本的道理，可是有些木脑子就是对这点绞汁。本来他到菜市上买菜，他还硬让菜农到天平上称。当他买黄金修饰时，他争着要让拿来菜农称来称。你能说他不道理吗？只能说句“朽木不可雕也”。与这种人来争论没有多大意义。 狭义相对论把电磁场也引入了相对性原理中，这种开头的可喜的。可以它又把绝对光速与相对性原理作为两个前提性的假设，绝对光速本身就与相对性原理相违背，两者是相矛盾的。何以得出正确结论来。 ※※※※※※ 逆子 |
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黄先生的理解有问题。 很明显，黄先生认为“转盘”问题不成立的关键在于“如何对圆周进行测量”的问题。其实很简单，圆盘中心的观察者（不随着圆盘运动）对圆周周长的测量方法，与他对相对于他作惯性运动的尺子长度进行测量的方法相同。不能够把这个观察者搬到圆盘上的中心，不能让观察者随着圆盘一起转动，否则就等于“运动的观察者测量随着他一起运动的尺子的长度”了，否则这个观察者根本发现不了什么“圆周收缩”的效应了，这对分析转盘问题毫无用处。这个道理想必黄先生应该想得通吧。关于黄先生提到的那个发表在《自然》上面的实验，我孤陋寡闻，不知道。然而我很怀疑这个实验者能不能够把转盘旋转得如此之快。 转盘问题还有一个误区：旋转转盘所在的时空弯曲了？向什么方向弯曲？不会向垂直于转盘的方向弯曲吧。。。其实，问题的答案是：向时间轴的方向弯曲了：圆周上空间分量（长度）变小了，而时间分量（时率）变大了。弯曲的是整个三维空间，包括长宽高三个方向。 |
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牛顿力学的死穴：绝对空间概念。 黄先生看来对牛顿力学的缺陷并不了解。牛顿力学的缺陷在于：只有那个和上帝没有区别的绝对空间存在的时候，牛顿理论才成立。 惯性系是牛顿力学的根本，而在我们的周围根本找不到这样的惯性系。这就是问题所在。如果按照黄先生的说法：只有惯性系内的观察者才能够得到最最适普的物理规律，那么我们在地球上作的一切实验，都不是具有代表性的试验了，都存在很多的“加速度”影响。 惯性系的定义，如果用惯性系和作用力之间的关系来定义的话，得到的是逻辑死循环。所以牛顿当时不得不引入了他自己也根本不满意的“绝对空间”，来定义惯性系：相对于绝对静止的绝对空间作匀速直线运动的参考系才是惯性系。可以看出，绝对空间是牛顿力学的基石。这个绝对空间有许多莫名其妙的性质：绝对静止（问题：相对于谁静止呢？）、不受任何物质的作用（永远不可被测量）。。。除了发脾气发大水以外，其余的都是上帝的性质，呵呵。于是最终人们抛弃了这个概念，这是个充满逻辑、哲学矛盾的概念。 马赫用“我们的全宇宙”来代替那个绝对空间，并没收了全宇宙“绝对静止”等特性，让全宇宙作为我们的最终惯性系来建立参考系构架。不考虑全宇宙以外的物体，因为“全宇宙+那个物体”=“全宇宙”。全宇宙没有自身的惯性参考对象，如果空间是独立于物质存在的，那么全宇宙本身的运动状态，我们根本不知道，无法知道。它可以是任意的运动状态，在这个意义上，我们说：全宇宙的惯性质量等于0，因为任何大小的外作用力（包括作用力=0）都能够使得全宇宙任意运动。可是全宇宙已经排除了全宇宙以外的存在了，哪里还有什么外作用力？所以变成了“0作用力就能够让全宇宙相对于空间作任意运动”的结论来。看看这个结论吧，那“空间”两字，其实就是绝对空间的代名词。马赫看破了这层含义，所以认为空间和物质是不能分割开研究的，全宇宙的物质和全宇宙所在的空间，密切相关，相互影响。这样的概念更合理：作用是相互的，所有东西都是可以被测量到的。 而爱因斯坦更进一步，他把“惯性系的决定者”改变为“该参考系周围的自由落体系统”，而不是全宇宙，因为全宇宙无法瞬间判断：信息传递需要时间。也就是说，爱因斯坦把“只受引力作用”的参考系都视作惯性系了。考虑到球形星球的非均匀引力分布，所以爱因斯坦提出了“局域惯性系”的概念。只有你我身边的局域惯性系才能够判定你我是否处于惯性运动状态。爱因斯坦的说法比马赫更合理，因为他没收了“超距作用”的特性。 以上就是关于惯性系的三个时代的说法。谁更合理，大伙儿自己去判断。 至于惯性力和非惯性系统内牛顿力学的改造，怎么说呢，牛顿力学要在非惯性系内成立，必须对方程式进行修改。而广义相对论适合于一切参考系，包括惯性系和非惯性系。从这个含义上看，就得出后者比前者更优越的结果。牛顿理论中“惯性力”的概念，和虚无飘渺的绝对空间有着密切的联系，也是一个矛盾的概念。 guojia |
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我认为黄先生大错特错了。 黄先生自己很清楚：无法在太空电梯里面区别出自己是否在星球上还是在非惯性系里面。相对论为啥抓住这个特殊的例子不放？为什么？难道黄先生看不出来？？为什么爱因斯坦不提起其他的作用力比如摩擦力、弹性力等等，而专门提到引力？因为爱因斯坦认为引力根本不是作用力！引力引起的效果，比如自由下落或者是两物体相互靠近，仅仅是一种表面的现象而已。既然引力不是作用力，那么仅仅受到引力作用的参考系，就是没有受到任何作用力的参考系，就是惯性系！实际上存在惯性系！自由下落的电梯就是、太空中环绕地球的卫星就是，太阳系就是，很多很多。这就是广义相对论的观点。一个理论说：不存在实际的惯性系，只有近似的惯性系；另一个理论说：存在实际的惯性系。哪个更优越呢？ 黄先生关于力、惯性和运动的说法，那么长篇的文字，实在是浪费自己和我们的时间：这些概念我们何尝不知道？拜托，在我理解相对论之前，我满脑子都是牛顿理论的框架！而我们正因为知道得太深刻了，才逐渐看到了其内在的矛盾。 黄先生的受力情况的说法存在缺陷：绝对封闭的系统内根本无法判断引力是否被受到。这个绝对封闭特征一定需要，否则就是黄先生所提到的：“睁开眼睛看看就知道了”的情况。如果这个人是瞎子呢？难道牛顿力学对瞎子失效？不是我在钻牛角尖，而是我一直在试图说明：一种说法，必须能够被一切观察者测量到，这种说法应该适普于所有人。相对论正是要建立一个对所有人都有效的理论，对所有正常生理功能和不正常生理功能的人都有效；对处于惯性运动状态的以及处于非惯性运动状态的人都有效。而抽象出所有人共同的特点，就是“封闭”。如果一个理论对处于封闭状态的人有效，那么这个理论对于所有状态的人都有效。 黄先生的惯性系的说法存在“绝对空间”的缺陷。从黄先生长篇文字中，到处可以找到绝对空间。 “力学实验是判定物体运动状态的唯一标准”被黄先生否定了。爱因斯坦也否定了呀，他说：力学实验单独不能够成为这个标准，只有和其他非力学理论合在一起，才能够称为这个标准。爱因斯坦的意思就是：应该把电磁理论也作为标准之一。结果，产生了光速不变原理。呵呵，这和黄先生的说法是两码子事。好，看看黄先生的说法：“但上面的分析告诉我们，这种前提（指“标准”是前提）本来就是不成立的，力学实验并不是判别物体运动状态的真正标准，判别物体运动状态的最根本标准是物体的受力情况，再就是惯性系”。关于“受力情况”和“惯性系”，如果枪毙了绝对空间，那么这两个经典概念也随着一起“树倒猢狲散”了。而绝对空间被枪毙了，而且被枪毙了两次：马赫一次；爱因斯坦一次。 各位如果还是接受不了，我认为尝试一下用全宇宙来代替绝对空间的想法，是非常有效的。不妨试试看，就算不承认正确，也可以深入了解一下我们的真正想法（其实反对者们根本没有理解我们所说的任何一个字，相反，我们深刻地理解反对者们的每一个字）。 guojia |
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相对性原理的推广结果就是：光速不变原理。 相对性原理如此叙述：一切力学规律在每个惯性系内的形式（方程式）都是相同的。 如果把这个原理推广威：“一切物理规律在每个惯性系内的形式都是相同的”的话，一切物理规律包括那个不存在具体媒质的电磁理论。选择电磁理论而不选择其他，是因为电磁理论的基础：电磁波没有媒质。电磁理论方程式就告诉我们；不必考虑电磁波的发射源与波速之间的关系，它们没有联系。 把电磁理论纳入相对性原理，就是“每个惯性系内，电磁理论保持相同的形式”。什么是相同的形式？波速u就是相同形式之一。各位看看电磁波方程，就会看到那个波速u是很特别的。每个惯性系内，波速u都是一个相同的常数。这就是光速不变原理呀！ guojia |
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回复:牛顿物理学没有死穴，相反这是《相对论》的死穴！只是你不明白吧了！ ※※※※※※ 欢迎访问丁一宁网站 http://dyn2000.topcool.net |
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回复:纠正黄先生的一个错误。 黄先生你好！这是我看了你与逆子的讨论后给你贴子。 物质质量的增加并不是吸收了光子的质量，而是吸收了光的能量。质量在《相对论》中把它看作能量，这也是一个主观的错误，这里我不能更深入给你提示，因为关系到《新宇宙概论》中的秘密。很简单的例证就是我们质量的减少只可能是一点点，非常少的一部分，一般不会达到1％，更不可能达到10％，达到100％那是爱氏的幻想！所以说质量不等于能量。我对你能够察觉到质量问题感到敬佩！（或许这正是你看不出光不是粒子的原因所在。） ※※※※※※ 欢迎访问丁一宁网站 http://dyn2000.topcool.net |
| 如你所说，相对论的两个假设用一个不就够了吗？老爱当年也是“业余”的呀，他错了快100年了。今天让你发现了啦。 -------------- 相对性原理是经典（伽利略）相对性原理的推广。 光速不变原理是实验直、间接证明了的假设。 这两个独立的假设：狭相离开哪一个都不能存在。 |
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相对性原理、光速不变原理是相互依赖的。两者缺一不可。 推广了的相对性原理代表了一种哲学上的信仰。而光速不变原理则是考虑电磁理论和相对性原理的关系。其实只要想通了这个含义，理解相对论是很简单的事情。 guojia |
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哦，原来是“秘密”，怪不得象少女守护贞操一样。 说不说出来是你的自由。如果你不说出自己的理由而对别人进行人身攻击，那么骂你是猪罗是理所当然的。同时你也给你的同伴脸上抹了黑。 |
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太超前的认识。 光子在相对论中是不质量的粒子。可是在相对论中又认为：光子是有能量的，有能量的就意味着有动量。有动量而无质量可以理解吗？无质量也可以，可是在广义相对论中认为无质量的粒子（光子）可以受到万有引力的吸引。真是可笑至及。并且无质量的粒子所爱到万有引力的大小与真实物质是一样的，也就是说，平行于地球表面运行的光子如同一个自由落体，它的下落的加速度也为每秒9。8米。真可笑，按此推导，垂直于地球向上的光线的速率该多少呢？ ※※※※※※ 逆子 |
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逆子你别造谣！ 谁说相对论中光子的质量是0？？相对论说：光子的静质量为0，而光子的动质量不为0！所以运动着的光子有引力/惯性质量，受到引力作用而弯曲轨迹。运动着的光子更具有动量P=mc。 逆子你怎么那么糊涂？这种水平怎么能够进行推翻相对论工程？我甚至怀疑有好几个水平不一的人使用“逆子”这个nick呢。 guojia |
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回复:你是从这个角度发现光不是粒子的！也是一种正确的答案！ ※※※※※※ 欢迎访问丁一宁网站 http://dyn2000.topcool.net |
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先搞清什么是引力质量。 你说得不错，要相对论中光子是无静质量但有动质量的。这里所指的质量是引力质量。所得出的结论是平行于地球的光束应以自由落体一样以/9.8秒的加速度下落。 可是，你是否能按爱氏的思路进一步推导出去呢？垂直于地面的光束有无加速度，也应是9。8米吗？按此思路来推导太阳光到达地球的速率已不为C了，应是少于C。这是因为太阳发发出的光子受到太阳引力的缘故。对！太阳的引力再大些的话，它就能把光子完全吸引回太阳，这不就成了黑洞了吗？是这样的吗？ ※※※※※※ 逆子 |
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yes，你说的一点儿也没错，只不过。。。 用9.8米/秒秒的加速度来描述，是非常不精确的说法。太阳质量如果达到一定程度，当然可以把光吸收回去，成为黑洞。狭义相对论所考虑的是无引力状态！这点是前提。若要考虑引力状态，请不要直接使用狭义相对论的结论，需要修改--扩展。 guojia |
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回复:引力没有质量！ ※※※※※※ 欢迎访问丁一宁网站 http://dyn2000.topcool.net |