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[交流]
【交流】绝对空间和惯性参考系
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绝对空间和惯性参考系 牛顿的旋转水桶问题虽然早年在北大学习时已听物理老师讲过，但未深究。最近看到沈致远先生“三百年来一桶水”（来源:文汇报）这篇文章，有一些想法，现提出和大家交流。 牛顿对旋转水桶问题的答案是：绝对空间。牛顿的绝对空间空无一物，是一切运动之恒定框架，古希腊先哲称之为“以太”。十九世纪，奥地利著名科学家马赫（Ernst Mach，1838－1916）对牛顿的旋转水桶反复思考，提出不同意见。马赫说：“物理学中的每一句话必须以可观察量表述。”据此他认为：太空水桶中的水并非相对于绝对空间转，而是相对于宇宙中所有的星体转。他指出：如宇宙中除水桶外空无一物，桶中水根本转不起来。 我比较同意马赫的思想。“物理学中的每一句话必须以可观察量表述”。太空水桶中的水是“相对于宇宙中所有的星体”转。而由于“可观察的宇宙中所有的星体”受人类观测能力的限制，没有确切的定义，无法准确得到。因此在实际观测中，我们只能根据需要和观测精度对不同的系统取不同精度的近似惯性参考系。 |
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死亡电梯和人造卫星
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爱因斯坦第四假设，即自然法则在所有的参考系中都是相同的。这个假设常被称作“广义相对论原理”。根据爱因斯坦和 Leopold Infeld所著的L'évolution des idées en Physique，为了说明这个原理，书中举了死亡电梯这样一个例子： 让我们假想一个在摩天大楼内部自由下落的电梯，里面有一个蠢人。这人让他的表和手绢同时落下。会发生什么呢？对于一个电梯外以地球为参照系的人来说，表、手绢、人和电梯正以完全一致的速度下落。（让我们复习一下：依据等同性原理，引力场中物体的运动不依赖于它的质量。）所以表和地板，手绢和地板，人和表，人和手绢的距离固定不变。因此对于电梯里的人而言，表和手绢将呆在他刚才扔它们的地方。如果这人给他的手表或他的手绢一个特定的速度，它们将以恒定的速度沿直线运动。电梯表现得像一个伽利略系。然而，这不会永远持续下去。迟早电梯都会撞碎，电梯外的观察者将去参加一个意外事故的葬礼。 实际上现在用人造卫星中宇航员所经受的失重现象可以很容易说明这个问题。不过由于爱因斯坦生前没有看到人造卫星上天，所以爱因斯坦没有想到用人造卫星中宇航员所经受的失重现象来说明这个问题。（爱因斯坦1955年4月18日去世，而世界上第一颗人造卫星是由前苏联1957年10月4日才发射上天）。 |
3楼2009-09-27 07:40:33
广义相对论和旋转参考系
| 在绝大部分有关“广义相对论原理”的讨论文章中，人们一般只用直线加速系作为例子进行讨论。“死亡电梯”是最常见的例子。但是根据 “广义相对论原理”，通过引入一个引力场我们可以把一个加速系视为伽利略系，它应当对所有的运动参考系都适用，不论它们是旋转的（向心力被解释为引力场）还是不均匀加速运动（对不满足黎曼（Riemann）条件的引力场通过数学方法加以转换）。人们之所以喜欢用直线加速系作为例子进行讨论大概是因为爱因斯坦和 Leopold Infeld所著的L'évolution des idées en Physique，一书中举了死亡电梯这样一个例子。正如我在博文“死亡电梯和人造卫星”中所指出的那样，用人造卫星中宇航员所经受的失重现象可以比死亡电梯更好地说明问题。爱因斯坦之所以没有用人造卫星这个例子，除了因为爱因斯坦生前没有看到人造卫星上天这个原因之外，是否还有“旋转的参考系”和“宇宙学原理”不相容这个原因？地球绕太阳旋转，但地球大陆上一个小区域的人很难观测到对太阳对地球的引力作用，这个现象爱因斯坦应当不会不知道吧？当然，在海边上的观测者通过对潮汐的观测可以推断出太阳对地球的引力作用。 |
2楼2009-09-26 06:39:38
星系团的旋转
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哈勃在1929年用以得出星系的红移和距离成正比关系的观测数据中有许多并不符合星系的红移和距离成正比关系的情况。对这些例外情况，哈勃他自己没有给出解释，把哈勃关系作为宇宙膨胀的观测依据的宇宙学家也没有给出解释。只是简单地用这是统计结果的一句话带过。作为自然规律依据的观测结果如果不是不允许有一个例外，但至少对例外的观测结果应当给以一个合理的解释。 我对这些例外情况的解释是：哈勃在1929年用以得出星系的红移和距离成正比关系的这些星系都属于本超星系团，它们都绕本超星系团的中心旋转。由于我们地球并不处在本超星系团的中心，因此旋转方向和视线方向并不垂直。这样星系绕旋本超星系团的中心转动的速度运动速度在视线方向就有一个分量。这个分量可以使星系的谱线红移，也可以使星系的谱线紫移。因此，谱线红移并不一定是宇宙膨胀，谱线紫移也不一定是宇宙收缩，或两个星系一定要发生碰撞。 对星系团的旋转运动，目前研究的报道很少。比较直接的报道本人只看到Stephen A., Gregory 和 William G., Tifft 他们1976年在Apj 205 716-720上发表的结果。在假设哈勃常数H0为100km/s 的情况下，他们得出后发星系团的旋转周期是2 x 1011年。 |
4楼2009-09-28 05:57:28
