五千年(敝帚自珍)

主题:【原创】我们学过的数理化——解释潮汐 -- 代码ABC

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家园 真是很有意思的讨论,补充一点历史

楼里很多人的回答已经说得很好了。我这里戏说一下历史。你的困惑早在牛顿时代就有了。牛顿定律只在惯性系中起作用——这是我们物理课本中说的,牛顿本人也知道,而课本还会再别的地方提到我们把牛顿定律起作用的参考系成为惯性系。这样就形成了一种循环论证。就是牛顿本人也很烦恼啊——怎么样找出一个绝对静止的惯性系,让所有的运动都有一个参照,不会出现你困惑的谁相对谁的问题,尤其是加速运动的环境下。牛顿的想法是把空间绝对化,这也是日后以太的由来。

蓝球的问题在于,如果我们用它做参照系的时候,地球的加速度是怎么来的。解答是因为我们选择的参照系相对惯性参照系有加速运动,所谓的惯性力是由于这个加速度产生的,它是由于参照系选择引起的,但很奇妙的是这个力有真实效应,也就是说即使我们选择了一个不好计算的参照系,其间的物理定律同样有效!这是广义相对论的看法。

牛顿的麻烦在于他要回答这个加速度到底是相对于哪个惯性参照系。狭义相对论解决了这个问题——只要是惯性系都是一样的。那么为何选择非惯性系就会出现莫名其妙的力呢?解答是由于参照系之间的转换问题。当我们习惯了惯性系转换时长度、质量、同时性的变化,接受惯性系到非惯性系转换时引入的“惯性力”有何不可?同时这个效应带来了广义相对论,光速在引力场中变慢的效应!

再举一个复杂点的例子,在地球上挂一个傅科摆,我们会发现摆的方向会不断地改变,即进动。我们知道这是由于地球自转产生的。那么问题是如果我们认为地球不转,整个宇宙在转效果是不是一样呢?广义相对论认为就是一样的,因为所有参照系都是平权的。由于地球自转引起的进动,和宇宙旋转引起的科氏力具有相同的效应!

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