作者condensed (我的冒险生活)
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标题Re: [问题] 力学第一定律的必要性
时间Sat Mar 24 20:19:55 2012
我实在看不出过度计较＂牛顿是不是为了要定义惯性系＂很有意义，
这就好比问狭义相对论的第二基本假设是否多余一样。
这里有些历史背景的因素，应该被理解。
在加利略提出来以前，很多人以为运动中的物体天生就喜欢趋於静止。
所以加利略提出惯性定律，主要目的是区别於前人的认知。
因为在当时，你根本还不知道物体是否有加利略所说的惯性，
那你如何拿他来定义所谓的惯性系？？？
连依此定义出的这种惯性系的＂存在性＂都是个问题了。
类似地，狭义相对论，第一基本假设，
就说明物理定律在任何惯性系形式相同，
因此电磁学定律在任何惯性系都相同，
电磁波的波速也就是不变量。
所以从这个角度，第二基本假设光速恒定就成了第一假设的自然结果。
岂不是显得多余而废话吗？
爱因斯坦当然不会这麽傻，没有察觉到这个逻辑。
只是光速恒定在当时还不是普遍被确定的事情，
加利略变换与电磁学定律究竟哪一种要修正，大家都还搞不清楚。
所以光速恒定这种观念，在当时是革命性的。
现在回头去看，也许我们可以说狭义相对论只是一种数学变换，没有什麽物理。
反而是应该看物理定律是否满足相对论性不变。
但我认为这是有点偏颇的说法。
物理就是在推翻或修正我们过去对世界的认知，
在我们更新了这种认识後，我们才有办法把它当成是一种定义。
可是在更新的过程，与过去的认知相比，更符合世界运作的模式，
这是为什麽我们把她叫做定律的理由。
在牛顿第一定律前，连惯性系存在与否都是个问题了。
所以，的确有被特别强调的必要理由，而不只是为了去定义而已。
我觉得弄清楚这个历史背景即可，
只要牛顿书上没说过，那其他的就没必要过度猜测或计较，
他到底是不是真的为了定义惯性系了。
因为就数理上，我也不觉得定义惯性系只能有这麽一种方式。
从牛顿的绝对时空观点，这种惯性系的存在性可能是直接被默认在他的体系里的。
如果第一定律真的只是为了做定义，直接定义好就好了不是吗？
大可以直接把F=ma当作第一定律，而不必特地再写一条。
※ 引述《qna (freely falling)》之铭言：
: : 我认为第一定律还是必要的，因为考虑第一定律不在的时候，取一个质量为零的物体
: : ，让他受力为0，那这时候关於任意时间点这个物体的加速度我们根本无法确知，换句
: : 话说他的加速度是0,1,2,3,4等任意数我们根本也无法说明哪个是错的，那这样不就会
: : 导致很莫名其妙的结论─在某一个时间点这样的物体加速度会有无限多个。基於这样
: : 的理由我认为需要第一定律去补充说明
: 我是觉得
: 如果只是在牛顿力学结构里 意义确实不大
: 解释成适用的座标 其实有点循环论证的味道
: 可是把物理发展历史的观点带入 会比较明显
: 第一定律重点是"没有力的时候" --- 静者恒静 动者恒动
: 这要是个先验事实 当时伽利略其实不知道力如何影响运动
: 但知道不受力时是如何
: 也就是说不管第二定律如何描述 他要包含惯性定律
: 第二定律要处理"力如何影响运动"
: 牛顿的贡献F=ma 今天如果牛顿写出F=ma^2 他也要包含"静者恒静 动者恒动"
: 如果和相对论做个比较 : F=ma在相对论里做了细微的修正
: 但..惯性定律一样依旧成立...是不会被更动的 乃至於在广义相对论中依然
: 也就是似乎 这是个更"基本"的事实
: 做个粗糙比喻 第一定律之於第二定律 就像 等价原理之於爱因斯坦方程
: 有点像引言和本文
: 引言的地位是必须是直观 显然的经验事实
: 本文的主结构就会含有比较多的假设成分
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◆ From: 140.112.4.195
1F：推 TDOJ:推 03/24 21:46
2F：推 Frobenius:推 03/24 21:51
3F：→ irrotation:但是狭相第一个假设不能推论出 光速=const.的结果 03/24 22:19
4F：→ irrotation:第一个假设(惯性座标上物理定律皆同)是仅在惯性座标系 03/24 22:20
5F：→ irrotation:第二个假设(光速恒定)则不论是否在惯性座标 都是光速=c 03/24 22:21
6F：→ irrotation:也就是说 第一假设本来就不包括第二个假设 03/24 22:22
7F：→ condensed:是哪一本书告诉你第二基本假设没有限定在惯性系上的？ 03/24 22:23
8F：→ condensed:目前为只，我所知道的狭相两大基本假设，都指明惯性系。 03/24 22:25
9F：→ irrotation:不论观察者的运动速度如何 在真空测得之光速皆相同 03/24 22:25
10F：→ irrotation:所以观测者与光束就算有相对运动(即不论是否在惯性座标 03/24 22:27
11F：→ irrotation:系上) 测得光速均是c 03/24 22:28
12F：→ condensed:所以是哪本书有说第二基本假设不要求惯性系吗？ 03/24 22:28
13F：→ condensed:你只是叙述你的想法，还没告诉我是哪本书看到的，至少就 03/24 22:28
14F：→ condensed:我看过的书，没有这样叙述第二基本假设的。 03/24 22:29
15F：→ condensed:另外，你对光速恒定的认知也不到位。在非惯性系讨论速率 03/24 22:30
16F：→ condensed:时，怎麽定义距离与时间，都要说清楚，才能谈何谓光速恒 03/24 22:31
17F：→ irrotation:因为不论如何和光速相对运动(静止 加速等) 光速=c 03/24 22:31
18F：→ condensed:定。事实上，光速是可以被视为在等校重力场下不恒定的。 03/24 22:32
19F：→ condensed:你的想法还停留在绝对时空观，很难在有限文字内跟你说清 03/24 22:33
20F：→ condensed:楚。言归正传，第二基本假设，就是特指不同惯性系上， 03/24 22:35
21F：→ condensed:光速接为同一个值，并没有所谓的非惯性系。 03/24 22:35
22F：→ condensed:非惯性系，虽然就现代观点来看，仍属狭义相对论的处理范 03/24 22:36
23F：→ condensed:围，但并非明确於狭相的两大基本假设中。探讨加速系，也 03/24 22:37
24F：推 qna:广相里 "局部"光速 是不固定的 取决於metric 03/24 22:38
25F：→ condensed:是爱因斯坦建立广义相对论的原始动机之一。 03/24 22:38
26F：→ condensed:如果是平坦时空中的加速系，那光速在每个局部中，当然还 03/24 22:41
27F：→ condensed:是c。但是对於一个定点上的人来说，等效重力位势造成的 03/24 22:42
28F：→ condensed:时间收缩效应，会导致光在不同位置，有不同速率。 03/24 22:42
29F：→ condensed:对於理解这种现象，较恰当的一种方案就是考虑某种加速系 03/24 22:44
30F：→ condensed:称之为Rindler Space的加速系，它的4加速大小总是恒定的 03/24 22:45
31F：→ condensed:在Minkowski时空图上，恰为-t^2+x^2=const > 0的双曲线 03/24 22:47
32F：→ condensed:Minkowski将SR视为视为4维时空中的某种旋转(boost)，此 03/24 22:50
33F：→ condensed:时光速为不变量。从这个观点出发，我们自然可以推测， 03/24 22:51
34F：→ condensed:加速系只是每个局部都做了某种boost，就类似直角座标变 03/24 22:52
35F：→ condensed:换到极座标，使得metric看起来不再是 I 。 03/24 22:53
36F：→ irrotation:麦克生莫雷的光速恒定实验就不是惯性座标系了 因为两道 03/24 23:10
37F：→ irrotation:分开的垂直光束 在地球公转自转下 不论是以年月日为周 03/24 23:11
38F：→ irrotation:期 都是得到相同的光速 03/24 23:11
39F：推 qna:那惯性定律电磁学都是在非等速的地球上量的.那广义协变原理.. 03/24 23:18
40F：→ qna:自动成立 03/24 23:18
41F：推 zi98btcc:cond 牛顿第一律不是定义惯系，那是不是第二定律的特例 03/24 23:29
42F：推 qna:我错了 局部光速是固定的 03/24 23:30
43F：推 zi98btcc:cond 就数理上，觉得定义惯性系还有什麽方式？ 03/25 00:29
44F：→ condensed:回Zi:我在内文中，已经把我的观点说清楚了 03/26 13:40
45F：推 realtemper:不错的观点耶！推 03/31 21:59