准 绝 对 论 ( 一 )
包学行
b77@126.com
爱因斯坦受过马赫论证的强烈影响。然而爱因斯坦的广义相对论并不懑足马赫原理。许多宇宙学者,包括爱因斯坦本人在内,都未能成功地将马赫原理纳入这一理论,不过人们可以接受的广义相对论宇宙模型在下述意义上满足马赫原理的限定形式:存在着一个优越的局域参考系。(见本主页中的[文摘]马赫原理:惯性的概念 )
设想我们做如下的的理想实验1:
设 M + m 原是环绕地球轨道上的一个航天器的总质量,并有
M = 2m,
M 为航天器本体,m 为航天器向某方向以速度 v
整体抛出的物体,并利用反冲使航天器在另一方向获得速度 V,根据动量守恒有
V = vm/M = v/2.
设 V 与 v
都为恒速,则经时间 ⊿t 后它们各自离开的距离分别为 V⊿t 与 v⊿t
,并保持有
MV⊿t = mv⊿t,
可见在运动的过程中保持了 M
+ m 的质心相对于参考系不变。显然我们很容易明白这
V 与 v 是相对于 M + m 的质心坐标系的。
如果我们把 M + m 的运动分为整体运动与相互运动,以上分析的 V
与 v 就是就是相互运动,M + m 环绕地球轨道上的运动是整体运动。
并且 M + m 的质心坐标系是描述 M 与 m
相互运动的优越的局域参考系。
而对于 M + m
的任一成员的坐标系:在 M 质心坐标系中
M 的速度为 0 ,m 的速为 V + v ;在 m 质心坐标系中 m 的速度为 0 ,M
的速为 V + v 。系统内动量不守恒,都不是描述 M 与 m 相互运动的优越的局域参考系。
是否任二个物体的质心坐标系就是描述它们间相互运动的优越的局域参考系呢?不是的。
设想我们做如下的的理想实验2:
让上述的理想实验中 M 为磁性物质,还受到一磁力作用,则
V ≠ v/2.
则 M + m 的质心坐标系描述 M 与 m 相互运动的动量不再守恒,M + m
的质心坐标系就不再是描述 M 与 m 相互运动的优越的局域参考系。
是否受到外作用力就不能成为优越的局域参考系呢?不是的。
在上述的理想实验1中 M 与 m
也受到外部作用力棗地球引力,但这种作用力有一个特点,系统中任一物体都得到相同的加速度。|
(多体问题是二体问题的推广,在此不再分析。)
因此我们对这种特殊的系统及坐标系给予定义:
定义1:如果一个系统中的任一组成部分都受到相同的外部作用力,即每单位质量都受到相同大小的力,则该系就称为准绝对系统,准绝对系统的质心坐标系就称为准绝对坐标系。
定义2:准绝对系统内物体相对于准绝对坐标系的运动称为准绝对运动,相应的运动速度称为准绝对速度。
定义3:如果一个系统是准绝对系统,其子系统也是一个准绝对系统,则称前者为后者的父准绝对系统,后者为前者的子准绝对系统。
根据经典牛顿力学可推得准绝对坐标系具有如下特性:
特性1:在准绝对系统中观测准绝对系统内部成员的运动不能感知系统外部对准绝对系统的作用力。
特性2:任何一个准绝对系统加入对它施加外作用力的所有作用源成员,将成为一个更大的父准绝对系统。
特性3:准绝对坐标系是描述其成员间相互运动的最优越的局域参考系。
(末完,待续)