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“非惯性参照系的时空理论”正式发表

已有 506 次阅读 2017-9-11 16:31 |个人分类:理论介绍|系统分类:论文交流|关键词:时空 ;非惯性参照系 ;引力场 ;广义相对论;马赫原理;等效原理;广义相对性原理

   在建立惯性系的时空理论——狭义相对论之后,爱因斯坦面临两个问题:1)怎样把狭义相对论推广到非惯性参照系(加速系);2)牛顿引力理论不满足洛伦兹协变。这两个问题引导爱因斯坦提出等效原理和广义相对性原理,发展出了广义相对论。爱因斯坦试图通过提出广义相对论来解决这两个问题,从而把非惯性参照系的时空问题和引力问题混在了一起。人们常常认为这是爱因斯坦的杰作,一箭双雕。现在大多数物理学家坚持爱因斯坦的观点:1)惯性力是一种引力(等效原理);2)加速参照系被看作是有引力场存在的惯性系(广义相对性原理的前提);3)惯性力的源是遥远的星系(马赫原理)(Einstein, 1920, 1970; Feynman, 1995; Liu,2004, pp.8;Misner, Thorne, & Wheeler, 1973; Moller, 1952; Weinberg, 1972)。有些作者甚至试图通过解爱因斯坦方程的真空解来得到加速系的时空度规(Deng,Hu, Ding, Xue, & Feng,2009)。

  我们 (2014)(“A NewApproach to Special Relativity”. Physics Essays,27(1). https://doi.org/10.4006/0836-1398-27.1.173)通过提出狭义完整性要求(狭义完整性要求是指,描述物质和(或)场的动力学物理方程应该不仅包含物质和(或)场的静止状态,而且包含其相对于惯性参照系的运动状态的描述)和惯性参照系等价原理重新构建了惯性系的时空理论,让洛伦兹协变的理论有了更加坚实的基础,同时对时空的本质有了更深刻理解,对时间和空间的相对性有了新的正确认识。这也使我们认识到,牛顿引力理论不满足洛伦兹协变的原因是引力的泊松方程不是狭义完整的物理方程(G.Liu,2014)。协变性是狭义完整物理方程的基本特性。爱因斯坦之所以不能顺利把他的狭义相对论推广,建立非惯性参照系的时空理论,是因为他把光的传播性质放在其理论的中心位置,因为在非惯性参照系中非常难以校准时钟。

其实,非惯性参照系的时空问题和牛顿引力的洛伦兹协变问题是两个不同的问题,不应该混在一起考虑。原理上,惯性参照系中的引力问题可以通过寻找洛伦兹协变的引力场方程来解决(G. Liu,2013,)(Remannian Spacetime, de DonlderConditions and Gravitational field in Flat Spacetime, International Journalof Astronomy and Astrophysics, 3(1), 8-9. http://www.scirp.org/journal/PaperInformation.aspx?PaperID=29417),而非惯性参照系的时空问题可以单独解决。加速运动是绝对的,是相对于所有惯性系的运动。区分惯性系和非惯性系是一个简单的事情。例如,我们可以通过观测单摆的运动来发现地球的转动。当我们坐在一辆汽车里的时候,我们可以感知汽车的加速运动。而且,在广义相对论中也需要辨别是否有引力场存在于参照系中。这仅仅是另一种分辨惯性系和非惯性系的方法。爱因斯坦设想的加速运动的电梯有点作茧自缚。我们有足够的方法去确定一个参照系是什么样的动力驱使它运动的(火箭还是汽油发动机?),以及这个参照系有多大的质量。惯性系是非惯性系的一种特殊情况,是更加抽象的参照系。我们知道惯性系在观测和描述物质运动上更加优越。太阳质心参照系就比地球质心参照系更优越。


本文通过提出广义完整性要求(RGC)和所有参照系等价原理(PERF),建立了一个非惯性参照系(NRF)的时空理论。广义完整性要求(RGC)是,描述物质和(或)场的动力学物理方程应该不仅包含物质和(或)场的静止状态,而且包含其相对于参照系的运动状态的描述,并考虑到了参照系的时空结构。所有参照系等价原理(PERF)是,任何参照系都能被用于描述物质和(或)场的运动。这两个原理是对狭义完整性要求(RSC)和惯性系等价原理(PEIRF)的推广。通过对加速参照系的时空结构分析,我们发现非惯性参照系的时空是不均匀的和变形的,这不均匀和变形是由参照系的加速运动引起。惯性力是时空变形的体现。非惯性参照系的时空的黎曼曲率张量为零,但是其仿射联络不管在非惯性参照系里选择什么坐标系都不会为零。满足广义完整性要求的物理方程在参照系之间的坐标变换下保持协变。我们重新分析了曾经对爱因斯坦建立广义相对论起了重要作用的马赫原理,发现它是不正确的,惯性力是时空变形的体现,而不是遥远星系的引力作用。非惯性参照系的时空问题能够被解决而不需要考虑引力问题。

论文目录

1.     引言

2.     非惯性参照系的时空特性

3.     马赫原理异议

4.     基本原理(广义完整性要求,所有参照系等价原理)

5.     广义完整性物理方程的协变性

6.     综述

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2 黄兴滨 张操

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