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专业: 宇宙学

[交流] 【交流】绝对惯性系问题

绝对惯性系问题
在宇宙学原理和微波背景辐射（3）中我提到，‘用微波背景辐射定义的绝对惯性系，可以认为只是在微波背景辐射的形成区域内有效。由于辐射的传播速度--光速并不是无限大，我们所观测到的微波背景辐射的形成区域不可能是整个宇宙。不同的地方所观测到的微波背景辐射的形成区域是不一样的’。
其中‘绝对惯性系’的提法值得深入的讨论。实际上，‘绝对惯性系’是和牛顿力学中的‘绝对空间’以及‘绝对时间’概念联系在一起。牛顿（1642－1727）在他所写的《自然哲学的数学原理》一书中所说的“绝对时间”，指的是一种“不受任何影响，在任何场所都总是以同样速度流动的时间”。 “绝对空间”则指的是一种“不受任何影响，总是保持静止的空间”。由此推出“宇宙中充满了一种相对于绝对空间保持静止的‘以太’”的看法，是其他人的推论，它已被Michelson-Morley实验证明是错误的，‘以太’是不存在的。因此‘以太’是不存在并不能证明牛顿的‘绝对空间’和‘绝对时间’概念是错误的。
德国哲学家哥特弗里德•莱布尼兹（1646-1716）从哲学观点出发，认为时间不过是用来表示事物发生变化的先后顺序的一个用词，而空间不过是用来表示物体位置关系的一个用词。有人认为，莱布尼兹的这种时空观和牛顿的时空观是两种不同的观点。我认为他们两个人的时空观并没有什么本质差别。只是牛顿从物理观测的观点出发，强调作为基本物理量的时间和空间，它们的基本测量单位应当保持不变。莱布尼兹则是从哲学概念的观点出发，强调的是时间和空间这两个概念的哲学含义并没有什么神秘的地方。
爱因斯坦的相对论把时间和空间联系成一个整体加以考虑，我认为本质上并没有改变对空间和时间的定义。只是为了在相对运动的参考系中，物理定律的表达式能够保持一致，爱因斯坦认为，对以不同速度运动的体系进行物理观测时，时间和空间这两个基本物理量的测量单位要做适当的调整，不能用绝对不变的标准单位。这就是狭义相对论中光速不变和Lorentz 变换的本质。爱因斯坦的时空观虽然否定了牛顿时空观中‘绝对不变’的特性，但并没有否认空间和时间的物理本质。这就是在低速和局部区域，牛顿的时空观是爱因斯坦时空观的近似。
爱因斯坦的相对论为什么要把时间和空间联系成一个整体加以考虑？为什么在对以不同速度运动的体系中进行物理观测时，时间和空间的基本测量单位需要做适当的调整？我认为关键的问题是在牛顿的力学公式中，他完全没有考虑到由于物体相对位置变化后导致的引力场变化在空间中传播时，它的传播速度是有一个有限速度值（光速）问题。而根据爱因斯坦相对论，引力场变化的传播速度应当是一个有限值，它的传播速度等于光的传播速度，不可能是速度无限大的超距作用。
我认为爱因斯坦把空间和时间联合起来构成四维时空，进行力学问题讨论，其本质是为了便于把引力场变化的有限传播速度产生的效应考虑到引力方程中。现在理论物理学家们一致认为：‘在低速和弱场情况下，牛顿力学是广义相对论引力理论精度极高的近似’。它的物理基础就是，在低速和弱场情况下，时间和空间这两个基本物理量的测量单位，对以不同速度运动的参考系，需要调整的幅度很小。因此在近似的情况下，时间和空间的基本测量单位需要调整的幅度可以忽略不计。
现在有一些理论物理学家，利用爱因斯坦在相对论中讨论力学问题时，考虑到在不同参考系中，时间和空间这两个基本物理量的测量单位需要适当调整的理论，大做文章。把牛顿和莱布尼兹早已清楚地阐明的时间和空间概念加以神秘化。制造出许多科幻概念，什么‘时间机器’，‘时空隧道’等。以致连许多学者自己也被这些科幻概念搞糊涂了，产生了‘什么是时间’和‘什么是空间’的疑问。

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