董加耕:论物理规律的相对性

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  1 相对论和牛顿力学中的相对性思想回顾

  1.1 朴素时光英文观和朴素的相对性思想

  我认为,在伽利略然后,应该占据 一个多朴素的相对性思想,与之联系的时光英文观应该是这一生活朴素的时光英文观。该时光英文观认为,时光英文测量是在某个参照系中进行的,背叛了参照系,时光英文测量就无法进行;不同的参照系,应该具有不同的时光英文测量结果,并进而归纳出不同的物理规律。时光英文测量结果及由时光英文测量所归纳出的物理规律是相对的,是相对于测量所进行的参照系而言的。

  认为不同的参照系,会得到不同的测量结果,并归纳出不同的物理规律,对于大伙来说,是十分自然的。这就如同不同的人在不同日期出生,在不同的日期死亡一样。而且两人在同一天出生,并在同一天死亡,则会显得十分不怎么,大伙就会追究是是因为,类式于,大伙而且是双胞胎。

  1.2 牛顿力学中的时光英文观和相对性思想

  牛顿的绝对时光英文观认为,时光英文测量我觉得 是在参照系中进行的,但时光英文测量的结果在不同的参照系中却是相同的,时光英文是绝对的。一个多物体的长度,一个多过程所用的时间,在不同的参照系看来,是是不是相同的。大伙可以 认为,牛顿的绝对时光英文观是对当时不让精确的测量所给出的归纳总结,而且说,这并是是不是思辩的结果。现在,更加精确的测量表明,当物体高速运动时,物体的长度会收缩,而且说,在一个多参照系看来,该物体静止,物体的长度为某个值,而在另一个多参照系看来,该物体在高速运动,物体的长度与静止时相比收缩了。对同一物体的长度,不同的参照系给出了不同的测量结果,大伙又恢复了然后的朴素时光英文观。

  在牛顿力学中,我觉得 不同的参照系有相同的时光英文测量结果,但一般而言,不同的参照系仍会给出不同的物理规律。惯性系和非惯性系中的物理规律不同,不同的非惯性系中的物理规律就是同,可以 在所有的惯性系中,物理规律才相同。物理规律仍然是相对的,某个特定的物理规律是相对于某个特定的参照系而言的。不同的惯性系中物理规律相同,是伽利略最先发现的,并被称为惯性系中的相对性原理。我就要,而且伽利略发现的是“不同的惯性系具有不同的物理规律”,伽利略而且就不让将它特意的指出来,而且不同的参照系具有不同的物理规律,是朴素自然的,不值得专门指出。同样,伽利略的相对性原理,也都一个多思辩的结果,就是对试验的归纳总结。

  我觉得 在牛顿体系中,关于一个多物体的长度、一个多过程的时间,不同的参照系中具有详细相同的测量结果,但关于一个多物体的运动下行速率 和加下行速率 ,不同的参照系仍有不同的测量结果。牛顿的万有引力仅与产生引力的两物体的质量和两物体间的距离有关。在牛顿体系中,质量的测量与参照系无关,而且,两物体之间的距离在所有的参照系中均相同。而且,在牛顿看来,他的万有引力公式是在所有参照系(包括非惯性系)中均成立的。可以 认为,牛顿体系中的力的测量值,在所有参照系(包括非惯性系)中是相同的。但而且加下行速率 的测量值不让在所有的参照系中相同,使得牛顿第二定律可以 在惯性系中成立,即可以 在某个牛顿第二定律成立的参照系及一切相对于该参照系作匀速直线运动的参照系中成立,而不而且在所有的参照系中成立。至于惯性系究竟是那个参照系,参照物是地球还是太阳,可以 通过试验可以 选取。

  1.3 狭义相对论中的时光英文观和相对性思想

  在狭义相对论中,根据光速不变原理,大伙获得了有些相对论的时光英文测量结论,类式于,关于一个多物体的长度,不同的参照系可以 有不同的测量结果,运动物体的长度会收缩。同样,运动物体上的过程会更快,不同的参照系对一个多事件是是是不是是并肩占据 会给出不同的测量结论,等等。显然,大伙又恢复了另一个多的朴素时光英文观。关于不同的参照系会不让有不同的物理规律,狭义相对论仍维持牛顿体系另一个多的观点,即在所有的惯性系中,物理规律详细相同,而在非惯性系中,物理规律与惯性系中的物理规律不同。物理规律仍然是相对的,是相对于参照系而言的。至于究竟那个参照系是惯性系,仍然可以 通过试验选取。

  而且,在狭义相对论中,物理规律不仅是指力学规律,还包括电磁规律,即麦克斯伟的电磁场方程。惯性系究竟是指麦克斯伟方程成立的参照系呢,还是牛顿力学规律成立的参照系呢?或是二者均要成立的参照呢?对一个多特定的参照系而言,电磁规律和力学规律是试验归纳出来的。现在的问提是,当大伙由一个多规律,如电磁规律求得一类参照系时,类式于于参照系中电磁规律均成立,而且,类式于于参照系相对于那个特定的参照系均作特定的运动,另一个多物理规律,如力学规律在类式于于参照系可以 同样成立吗?在狭义相对论中的情况汇报正是另一个多,我觉得 电磁规律成立的参照系相互之间作匀速直线运动,力学规律成立的参照系相互之间也作匀速直线运动,但电磁规律成立的参照系之间的时光英文变换关系是洛沦兹变换,而力学规律成立的参照系之间的时光英文变换关系却是绝对时间观下的伽利略变换。也就是说,“参照系之间相互在作匀速直线运动”的含义在这一生活变换下是不同的。力学规律与电磁规律不让协调。为此,爱因思坦对牛顿力学体系进行了修改,使得当任何一个多参照系中电磁规律成立时,力学规律也必定会成立。显然,狭义相对论中修改后的力学规律仅包括牛顿力学的动力学每种,即与牛顿第二定律相关的每种,而牛顿的万有引力定律中因包中有 “超距作用”的思想,与由光速不变原理所推论出的不让有超光速问提占据 的结论不让一致。

  而且,大伙可以 另一个多说,狭义相对论中的惯性系是指电磁规律或修改后的力学规律成立的参照系。而且光速不变原理是电磁规律的直接推论,也是爱因思坦建立狭义相对论的直接土最好的措施,大伙也可以 另一个多说,狭义相对论中的惯性系是指光速不变原理成立的参照系。光速不变原理在一个多参照系结构的描述是:光速与光源在这一参照系中的运动情况汇报无关,不论光源在这一参照系中运动下行速率 为几次,大伙测得的这一参照系中的光速均为C。

  由一个多参照系结构成立的光速不变原理,大伙是怎么推出光速不变原理成立的所有参照系相互之间作匀速直线运动的?在大伙所在的参照系K中,大伙已知光速不变原理成立,有x2 =ct2,大伙设在另一个多参照系K/中,光速不变原理也成立,有x/ 2=ct/ 2,大伙设x/、t/与x、t之间的时光英文变换关系为线性关系,但K/相对于K的运动情况汇报待定,由x2 =ct2和x/ 2=ct/ 2一个多式子可以 求出K系和K/系之间的时光英文变换关系正是洛沦兹变换,并进而求出K系和K/系相互之间作匀速直线运动,而且运动的下行速率 值相同,而方向相反。

  时要指出,一般情况汇报下,参照系之间所谓的“对称性”并如此可靠的土最好的措施。可以 在惯性系中,当一个多惯性系K看来,另一个多惯性系K/的运动下行速率 为V,大伙才可以 说,在K/看来,K在运动,且运动下行速率 为-V。惯性系之间的这一“对称性”是有土最好的措施的,它是洛沦兹变换关系的直接推论。但对惯性系和非惯性系之间,大伙就可以 说:“而且在惯性系K看来,参照系K/在作滑行 ,加下行速率 为a,K/为非惯性系,则在K/看来,K在滑行 ,加下行速率 为-a,K为非惯性系。”这一说法却是如此任何根据的。惯性系和非惯性系之间如此这一“对称性”。在一个多参照系结构进行试验,就能发现该参照系为惯性系还是非惯性系,在惯性系中,牛顿第二定律成立,而且,惯性系中的时光英文是平直的,而在非惯性系中,牛顿第二定律不让成立,而且,非惯性系中的时光英文是弯曲的。牛顿的“旋转水桶试验”就是用来选取一个多参照系是是是不是是惯性系的。另外,时光英文的平直或弯曲在参照系结构进行测量就能选取。同样,非惯性系之间就是具有这里的这一“对称性”。

  1.4 广义相对论中的时光英文观和物理规律的绝对性

  在狭义相对论中,时光英文是相对的,一个多特定物体的长度等时光英文的具体测量值是相对于特定的参照系而言的,不同的参照系会给出不同的时光英文具体测量值,而且,一般情况汇报下,不同的参照系,也会给出不同的物理规律。可以 在所有的惯性系中,物理规律规律才相同。

  在广义相对论中,爱因思坦受到狭义相对论中不同惯性系中物理规律均相同的结论的鼓舞,并为了处置引力的超距作用问提,认为在任何参照系中,我觉得 关于时光英文的具体测量值可以 不同,但物理规律均应相同。这就是广义相对性原理。显然,广义相对性原理谈论的是物理规律的绝对性。

  为了实现物理规律在任何参照系均相同,则时要要求当参照系之间的时光英文变换关系为任意的时光英文变换关系时,物理规律在变换前后应保持不变。张量分析提供了实现这一目标的数学工具。可以 当把数学公式中的普通微分改写为张量分析中的协变微分时,数学公式在任意的参照系变换前后可以 保持不变。类式于,大伙把麦克斯伟电磁场方程中的普通微分改写为协变微分,则改写后的麦克斯伟方程就能在任何参照系中成立,另一个多,物理规律就能在任何参照系中取得详细相同的数学形式。

  而且,协变微分的计算与普通微分不同,它要求可以 然后知道知道参照系中的时光英文度规张量gij,而且可以 进行协变微分的具体计算。在广义相对论中,参照系中的四维时光英文是弯曲的,不同的参照系,时光英文弯曲的程度是不同的,度规张量gij描述了时光英文的弯曲程度。可以 在普通微分形式的物理规律成立的惯性系中,时光英文才是平直的。而且,改写后的克斯伟方程我觉得 在任何参照系中均能成立,但却成了一个多不完备的物理规律,它可以 独立进行计算,并指导实际的应用,可以 在知道时光英文弯曲情况汇报的前提下,它才具有实用性。

  只一个多以协变微分形式经常再次出现的物理规律是特例,这就是选取参照系中时光英文弯曲程度的物理规律,根据这一规律就能求出参照系中的时光英文度规张量gij,这一规律实际上就是爱因思坦的引力场方程。

  显然,爱因思坦的广义相对性原理对引力规律来说是成立的,但对电磁规律来说,却不成立,而且说,电磁规律在广义相对论中变成了一个多不完备的物理规律,尽管改写为协变微分的电磁规律的数学形式在所有的参照系中均相同。

  在一个多参照系中,可以 一个多物理规律可以 用来选取该参照系中的时光英文弯曲情况汇报,而这一规律在使用前不让时要然后知道参照系中的时光英文弯曲情况汇报,它另一个多就是用于选取时光英文弯曲情况汇报的。而且说,大伙可以 一个多物理规律是完备的,可以 独立起作用。为了使电磁规律成为一个多完备的、可以 独立起作用的物理规律,则电磁规律也就时要统一到爱因思坦的场方程中,这一工作就是就是的统一场论。而且说,大伙时要认为,时光英文的弯曲不仅由引力决定,还时要要由电磁作用来并肩决定。爱因思坦提出的方案是扩充时光英文弯曲的概念,在曲率之外增加挠率,从而允许电磁作用可以 参与到时光英文弯曲的选取中来。卡鲁渣将四维时光英文扩展为五维,以容纳电磁作用对时光英文弯曲的选取。但所哪些统一场论的工作,都如此得到物理学界的普遍认可。

  在广义相对论中,牛顿的万有引力公式被爱因思坦的引力场方程所替代。在牛顿力学中,大伙认为时光英文是平直的,引力由牛顿的引力公式选取,而物体在引力作用下的运动符合牛顿第二定律。在广义相对论中,大伙认为时光英文是弯曲的,引力场的大小与时光英文的弯曲程度相对应,时光英文的弯曲程度由爱因思坦的引力场方程选取,而物体在引力场中的运动被认为是沿弯曲时光英文中的短程线运动。

  1.5 现有物理学中的相对性思想小结

  根据以上的回顾,大伙可以 总结现有的物理学中的相对性思想如下:

  1)、所有的时光英文测量是是不是在某个参照系中进行的,背叛了参照系,时光英文测量就无法进行。

  2)、在不同的参照系中,时光英文的具体测量值是不同的。所有参照系中的具体时光英文测量值都相同的绝对时光英文观就是对不精确测量的归纳总结。

  3)、一般而言,不同的参照系中,由时光英文具体测量所归纳出的物理规律也是不同的,物理规律也是相对的。

  4)、在牛顿力学和狭义相对论中,可以 在不同的惯性系中,物理规律才相同。

  5)、在广义相对论中,可以 爱因思坦的引力场方程在所有的参照系中是相同的。用协变微分改写后的麦克斯伟的电磁场方程变成了一个多可以 独立起作用的、即不完备的物理规律。

  2参照系对物理规律的影响

  2.1 研究参照系之间相互关系的意义

  在笔者的《论时光英文测量标准与物理规律的关系》一文中,曾提出了如下一个多观点:

  1)、任何运动是是不是相对于某个参照系而言的,背叛了参照系而讨论相对运动是毫无意义的,不占据 与参照系无关的“绝对运动”。任几时光英文测量是是不是是是不是是相对于一个多参照系而言的,不占据 跨越参照系的测量,不占据 时要要一个多或一个多以上的参照系可以 进行的测量,(点击此处阅读下一页)

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