非惯性系中广义相对论成立吗?举几个例子

问题描述:

非惯性系中广义相对论成立吗?举几个例子
1个回答 分类:物理 2014-11-16

问题解答:

我来补答
狭义相对论基本上是纯理论的内容,因为是惯性系间的互相测量数据的换算,而实际上宇宙中几乎不存在惯性系.
广义相对论就是在狭义相对论的基础上,把相对论的运用扩展到非惯性系的就用领域的普遍相对论.
这两个名称的翻译有一点问题,狭义相对论的原文意思是“特殊相对论”,广义相对论的原文意思是“普通相对论”,也就是普遍适用于非惯性系的情况下的理论.
例子非常多,许多用经物理学无法解释的现象都能与相对论的计算结果非常吻合.
事实上在经典物理学中只是把时空看作绝对时空,所以在对事物的描述上其实与相对论并没有本质的区别,只是把相对性的内容忽略了.
比如经典物理学最有代表性的公式F=ma,是把运动与力相关联的桥梁公式.
而在相对论中,公式的表达只是换了个写法:a=F/m,就是加速度是引力强度的值,单位质量所受的引力就是引力强度.从而把加速度与引力场强度关联起来了.如果加速度用几何表达,就是坐标系的弯曲和变形,因此,引力场也就是空间的弯曲和变形.
我们知道放大镜看物体时会把物体“放大”,其实不是物体被放大了,而是光线发生了折射,而我们通过放大镜看物体时,并不会感觉光线的折射,感觉光是直的,所以才感觉是物体被放大了.
因为我们观测是通过光来观测的,所以往往我们无法感觉到光的变化,只会感觉到物体变形.相对我们对光的观测来说,光线是直的,那就是空间变形了.
光是一种非常特殊的物质,是我们赖以观察世界的终极媒介.我们测量其他物体时可以用光来测,但是我们找不到比光更快的媒介来测量光,因此,这就像是用橡皮尺子来测量自己和长度,对光的测量读数永远不会变.
但是光终究不是橡皮尺子,不是随意想拉长就能拉长的,它的变化测量不到但是通过数学推导可以得到变化的数据,因此,以这个的数据来修正测量结果就是理所当然的做法了,反过来也一样,用预测的数据通过修正后也能得到对应的观测值.这就是相对论的真实思想和能很好的符合客观事实的原因.
比如在日全食时,按天体运动的轨道计算出应该在被太阳挡住的星体,因为空间的弯曲(其实是光线的折射)而偏移到了我们能看到的位置.
再问: 非惯性系之间的坐标换算是洛伦兹变换吗?
再答: 这个问题现在有一点混乱,很多人把洛伦兹因子与洛伦兹变换混为一谈,其实是两个不同的东西。
洛伦兹因子是狭义相对论中关于惯性系之间互相观测对方的时间与长度值与对方实际值之间的换算因子。这个因子最早是洛伦兹出来的。但是爱因斯坦在研究相对论问题时给过了很长时间的寻找和推导最后才得到这个因子,一看正是洛伦兹推导出来的因子,所以就称之为洛伦兹因子。
对此洛伦兹很不满意,因为洛伦兹是坚决反对相对论理论的,他是以太学说的坚决捍卫者。认为把他的那个因子用来当作相对论因子没问题,但是不应该用他的名字来命名。所以后来那个因子也被称作相对论因子了。

洛伦兹变换则不同,是洛伦兹试图用经典物理学理论和以太学说解释为什么麦克尔逊-莫雷实验无法测量到光速变化时所作一许许多多推导中的一部份推导。得到了一些变换,因为他作了很多次的推导,所以每次的结果也不尽相同,并且基本上没有他满意的结果。因为里面都存在着自相矛盾的情况。比如前提是t'=t,推导结果却得到了t'≠t。

洛伦兹变换与相对论变换不一样,但是洛伦兹因子就是相对论因子,也许是这个原因吧,很多人把洛伦兹因子与洛伦兹变换混为一谈,造成了以为洛伦兹变换就是相对论变换。我猜想这些问题也许与翻译过程有关,因为不可能翻译这些文章的人都是物理学家吧?就算有物理学家,也未必是懂相对论的人翻译的。比如狭义相对论的原文是“特殊相对论”,广义相对论的原文是“普通相对论”,这就明显的与原文的意思不同了。

现在很多教科子上都用洛伦兹变换取代了相对论变换,造成了一些自相矛盾的情况。
比如,在相对论看,没有绝对速度,一切运动都是相对的,因此两个惯性系的相对速度不论站在哪个惯性系上看都是对等的,A相对B的速度是v,B相对A的速度必然也是v。而洛伦兹是站在以太说的前提下的推导,(相对以太)不同速度的惯性系上的时间不同,所以相对速度在不同惯性系上看是不同的,A相对B的速度是v1,B相对A的速度是v2,v1≠v2,因为两个惯性系相对以太的速度不同,不是对等的系统。

现在狭义相对论的一些书藉和文章中常常用洛伦兹变换当作相对论变换,而且由于洛伦兹变换有很多推导结果,所以不同书上的变换还不完全相同。也的一些书上用的是相对论变换,但又说成是洛伦兹变换。
但是在广义相对论中,大多数的推论和预言还是过去从相对论变换中得来的结论。
 
 
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