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爱因斯坦在利用等效原理得出广义相对论的过程中,已经意识到等效原理非常适合于微分化的自由电梯实验,为了把引力彻底混同于惯性力,来讨好马赫原理。爱因斯坦有意识地避免节外生枝,不考虑物体可能转动或带电。
其实,转动是一个非常重要的实质问题,哥白尼日心说取代托勒密地心说,解决的就是牛顿力学如果用于地心说,那么遥远星体绕地球转动的向心力就找不到反作用力的大难题。
经过广义相对论的思考,学者们在提到自由下落实验时,强调同时下落的物体不能处在自转状态。广义相对论定义局部惯性系的共动观察者,也要求观察者没有自转,因为物体自转会改变其周围的时空度规。但是,任何物体即使自身不转动,它可能处在一个更大的转动体系,或者它的组成部分处在无休止的转动中。
牛顿力学所设想的近似惯性系,其实是指在足够小的区域中,参照系可能存在的转动难以检测,但坐标轴不断延伸后,转动带来的离心力就会越来越大,我们需要寻求更理想的惯性系。爱因斯坦干脆把局域惯性系缩小为微分单元,使得物体转动的效应可以暂时不考虑。
非惯性系其实是局部范围找不到反作用力的参照系,你如果把反作用力弄清了,那么很快就能确定一个把非惯性系作为部分加速运动包容进去的更大的近似惯性系。
在电磁场论发展过程中,由于电磁场能量-动量暂时不清楚,洛伦兹力好像没有反作用力,再加上马赫对牛顿水桶实验的超距作用解释,爱因斯坦在广义相对论中也让惯性力的反作用力迷失在弯曲时空的捉摸不定的引力场能量中。一旦放弃反作用力,寻求更理想的惯性系就是多此一举。
爱因斯坦在等效原理中刻意回避的还有电荷,如果考虑电荷或磁体在引力场或者转动圆盘中的物理反应,估计爱因斯坦很难轻而易举地混同引力与惯性力。
其实,我构想的转动光球实验,也可以改造为转动电荷或转动磁棒实验,请大家不考虑引力,看看电荷转动时电力线如何扭曲,时空度规如何变化?
广义相对论可以轻而易举把无源的真空麦克斯韦方程组织为爱因斯坦-麦克斯韦方程;转动的黑洞度规似乎意味着转动可以进入广义相对论。但是,爱因斯坦为何一开始不考虑转动与电荷呢?
不过,爱因斯坦追寻的统一场论不是这种组合理论,他改变了广义相对论的黎曼时空结构,还企图导出基本粒子的物质结构(质量与电荷在弯曲时空中的合理分布形成一个基本粒子)以及量子法则。
统一场论的探索,其实是企图把处在绝对零度理想状态的引力场与电磁场在某种弯曲时空中结合为具有量子性质,也就是最终具有温度与熵的物理统一场。
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GMT+8, 2024-10-21 09:28
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