作者s1290961 (煦)
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标题Re: [问题] 相对论问题 双胞胎
时间Fri Feb 18 21:09:13 2011
※ 引述《chendaolong (JoJo A Go!Go!)》之铭言：
: 重力场等效加速系好像不是很正确
: 平直时空也可以有加速系
: 而平直时空没有重力效应
: 比如说在重力场中自由落下的电梯
: 跟以重力加速度 g 在平直时空中飞行的火箭
: 在平直时空中的火箭，虽然有重力加速度
: 但其时空曲率仍然是零
: 而自由落下的电梯
: 虽然也有着重力加速度
: 但它所处的时空曲率并不等於零
: 又或者说，自由落下的电梯是走测地线
: 而平直时空中飞行的火箭不是走测地线
: 再抽象一点，任意曲线 s 的线元 ds 看起来像直线
: 但它始终不是直线，因为它的曲率不为零
: 比较准确的说法应该是
: 重力质量等效於惯性质量
: 而不是重力场等效於加速度
: 引述梁灿彬"微分几何入门与广义相对论"里面所引述 Synge 的一段话：
: 「我从未懂过这一原理。…它意味着引力场的效应与一个观者的加速度
: 的效应不可分辨吗？如果这样，那是错的。在爱因斯坦理论中，要麽存
: 在一个引力场，要麽不存在，取决於黎曼张量是否为零。这是一个绝对
: 的性质，与任何观者的世界线都毫无关系。时空要麽平直，要麽弯曲，
: 在本书的若干地方我都不得不煞费苦心地把由时空曲率导致的真实引力
: 效应与那些由观者世界线的弯曲导致的效应区分开来（在多数通常情况
: 下以後者为主）。等效原理在广义相对论的诞生过程中实质上起到接生
: 婆的作用，…我建议我们以适当的荣誉埋葬掉这位接生婆而正视绝对时
: 空这一事实。」
为了谨慎些，先讲清楚：
仅以我所知的作些回应噢。=)
等效原理是指「惯性质量」完全等同於「重力质量」；
而重力质量（可再分为主动及被动）与惯性质量是源自不同的概念。
惯性质量：当一外力作用於物体时，物体抵抗（外力除以加速度）的量度
重力质量：引力场中被影响（重量除以加速度）的量度（被动）
这两个质量是成比例（由实验得知）的；
透过控制G常数，我们可以使这两种质量「相等」。
问题即在於这两种质量为何而相等？
它们实在没必要「相等」（即成比例），
毕竟在根本的概念上确实存在着不同，不是吗？
它们两个的相等困扰了人们好些阵子，
因此有人说这相等是奇蹟似的（忘了在哪看到的）。
而引发突破的问题是：
自由下坠的电梯里的人，「为何」会像处在於无重力的太空船里，
「
就像是一直都处在惯性系统当中」？
按照牛顿方法的解释是──
因为电梯在加速中，里面的一切，包括那个观察者，
有了惯性假想力，而这个假想力与重力「恰恰相抵销」了，
故净力是零。
而後来爱因斯坦一别於现有的牛顿式解释，
重新思索了这类问题，并令人惊叹地洞悉这一切的症结处──
电梯才是属於不受系统外之力的惯性系统：
不是惯性力与重力相抵销，
而是惯性力与重力皆不存在；
事实上，这代表着
重力即是惯性力。
透过这个洞悉，
惯性质量以及重力质量奇蹟似的相等，
便是「理所当然」，不再「奇蹟」了──
文章一开始叙述的等效原理所指，即此。
再回过头来看先前的叙述。
「
问题即在於这两种质量为何而相等？
它们实在没必要「相等」，
毕竟在根本的概念上确实存在着不同，不是吗？
」
我们可以得到：
不是！
它们在根本的概念上是等价的──
原来我们以不同的角度去看同一件事情了
（一如质与能的关系。
质与能的差异也是源於我们以不同角度的认知以及定义；
事实上我们可以将质量与能量以「质能」一词来叙述）。
然而为何由此爱因斯坦可以得到时空弯曲的想法呢？
或许很直接的原因是：
两个皆处於惯性系统的物体，且相对静止，
却可能随着时间越来越靠近（当然，确实也可能相远离或维持不动）；
这即是两个物体皆没有「受力」却会改变「（相对）运动方式」。
（因此所谓时空弯曲的根本是建立在等效原理上头。）
也有两点值得点出：
1.重力场（加速系）中自由坠下之物体的运动方式，
与它的质量「无关」（这或许可以加速中的太空船来理解）。
（也因此早在爱因斯坦以前即有人提出「光」会下坠。
因为不管是木球还是铁球，（在阻力可忽略的状况，）
都会以同样的方式由塔顶落至塔底；
而按当时的认知，光是粒子。）
这代表加速系中所有的粒子（无关乎质量）都会下坠吗？
那这样，重力子（目前似乎还没证实存在）勒？
一旦也会下坠那不就很奇怪了？
（这我不懂，仅纯粹提出疑问；或许有些观念有问题才会出此问。）
2.质量（能量）是否源自於时空本身的架构？
是质量（能量）弯曲了时空，
还是弯曲的时空，被我们以质量（能量）的形式「认知」了？
而另外一方面，
马赫原理指出：「绝对」加速系并不存在。
旋转中的水桶内的水面，
并非因为由「绝对的」加速度所生之假想力而呈凹陷状态；
│ │
│\ /│
│ ╲ ╱ │
│ ` ︸ '水 │
└──────┘
而是因为相对於水而言，是宇宙在旋转，
这是宇宙的旋转所致，而我（水）是静止的。
马赫原理直接点出了惯性假想力并非假想的，
而是确确实实存在着；
绝对的加速度不存在，加速度是相对的。
（至於马赫原理是对的抑或是错的则是抱歉，我真的并不清楚。）
那，重力呢？
既然重力场完全等效於加速系，那重力呢？
我们的体重也是肇因於宇宙相对於我们加速着吗？
若是这样，那又是如何加速的？
坍塌？扩张？旋转？
还是说，到头来是我们所持有的根本观点出差错了？
那是等效原理有问题？还是马赫原理是错的？
不过这是不是可能隐含着重力场的什麽什麽？
不知道大家的想法是如何？
以上大致是我的想法以及疑问，
因此受我的程度、认知和不小心所左右。
若有叙述、定义不清楚以及错误等还请提出来。:)
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◆ From: 58.115.174.204
※ 编辑: s1290961 来自: 58.115.174.204 (02/18 21:10)
1F：推 louis925:马赫原理 在某些场合是错的 02/19 01:18
2F：→ condensed:..... 02/19 01:22
3F：→ condensed:这篇文章错误很多，我没有时间一个一个纠错，不过还是在 02/19 01:26
4F：→ condensed:这边提醒ㄧ下，以避免初学者产生学习上的困扰。 02/19 01:27
5F：→ condensed:我相信这当中有许多基础观念，很多板友都具备。只是回答 02/19 01:30
6F：→ condensed:必须考虑提问者的背景知识，才能有效交流。如果你不具备 02/19 01:32
7F：→ condensed:狭义相对论的基础，我们只能给你科普式的答案。 02/19 01:33
8F：→ condensed:在黄福坤教授所设立着名的师大物理教学网站上，也强调问 02/19 01:35
9F：→ condensed:问题的人必须提供自己的程度背景，明确说清楚自己的问题 02/19 01:41
10F：→ condensed:以及遭遇到的困难。网友也才知道要怎麽帮你。 02/19 01:42
11F：→ condensed:不如你先说说看，你的这些认知，是研读哪些资料，建立起 02/19 01:43
12F：→ condensed:来的，这对回答你问题的人如何给你答覆，至关重要。 02/19 01:44
13F：→ condensed:如果你只有看科普书与维基百科，那我只能用白话却不精确 02/19 01:45
14F：→ condensed:的语言回你，而且无法保证能解决你所有疑惑。如果你不满 02/19 01:46
15F：→ condensed:意於这种白话却不精确的语言，那你恐怕必须先学习这种精 02/19 01:46
16F：→ condensed:确用语，我们再说给你听，你也才听得懂。我不得不说，白 02/19 01:47
17F：→ condensed:话科普与专业用语所能到达的认知精确度与深度，确实有落 02/19 01:48
18F：→ condensed:差，不然，专业领域里的同学，就不必学得这麽辛苦。 02/19 01:49
19F：→ BBSRUKAWA:黄教授的物理讨论区是个好地方 动画做得很不错 02/19 02:38
20F：→ BBSRUKAWA:高中的回忆阿~~~~ 02/19 02:38
21F：→ s1290961:或许是固执吧，但是我真的仍然不知道错在哪里。 02/19 09:01
22F：→ s1290961:请问一楼，那马赫原理在哪些场合是错的呢？ 02/19 09:02
23F：→ condensed:这就是为什麽我会建议你去看书的原因，这样我们也比较好 02/19 17:02
24F：→ condensed:帮你。 02/19 17:02
25F：→ condensed:很抱歉，我确实没有时间在这里讲太多，先这样罗！也请其 02/19 17:03
26F：→ condensed:他热心的板友协助探讨，感恩！ 02/19 17:04
27F：→ ijsfkira:c大已经很热心了... 02/20 02:56
28F：→ s1290961:谢谢condensed了。:) 02/20 09:38