Friday, January 23, 2015

通常我们根据牛顿运动定律在其中是否成立,而把参考系分为惯性系与非惯性系。惯性系包括静止系和匀速直线运动系。非惯性系包括加速系,减速

三,对等效原理和广义协变原理的整合;
作者;王敬鲁、王冲
1,等效原理;爱因斯坦的狭义相对论把相对性原理限制在惯性系中,这有很大的局限性。他深刻地认识到这是经典力学和狭义相对论所固有的认识论上的缺陷,为了把相对性原理推广到加速运动的系统,他接受了马赫关于非惯性系理论一定要包括引力理论的观点。他通过对‘电梯实验’等理想实验的思索,提出了著名的‘等效原理’:即一个加速系统为a的非惯性系,等效于含有均匀引力场的惯性系。也可以说;一个加速系统所看到的运动与存在引力场的惯性系统所看到的运动完全相同。这就是广义相对论中一个极为重要的原理。
等效原理告诉人们引力场同参照系的相当的加速度在物理上完全相等。但是,等效原理的阐述是不够精确的,因为它只是试图用一个均匀加速参照系来代替一个均匀的引力场,然而所有引力场都是非均匀的。,所以,于1913年爱因斯坦又进一步精确化,“在物理学上,(在无限小的体积中均匀的)引力场完全可以代替加速运动的参考系”对等效原理的这一阐述明确了等效原理在空间上的局域性。并于1916年作了下述假定:“对于无限小的四维区域,如果坐标选择得当,狭义相对论是适合的。”即等效原理适用于四维无限小区域;在这样微观区域内,可以取一个加速参照系消除引力场的影响。即局部惯性系。实际上他已经把宏观和微观物体运动统一适用等效原理。
统一力学认为;这就从物质的运动本质上的统一性表现于等效原理之中。其实,爱因斯坦的这一假定,并没有彻底解决,因为磁引力场都是非均匀的。再微小的粒子磁体的磁引力场,同样是非均匀的。因为没有物质的本质上的统一性,就不可能出现物质运动的统一性,也不可能产生‘等效原理’。所以统一力学认为;物质在本质上的统一性,才是“等效原理”的根源。
所以爱因斯坦特别强调等效原理的重要性;他指出等效原理构成了整个理论的出发点。“无疑,只要人们坚持理论体系的基本思想,就不能抛弃它。”可见等效原理在广义相对论中的重要地位。
2,广义协变原理;他在等效原理的基础上进一步提出了‘广义协变原理’:在任何参考系中,物理学规律的数学形式是相同的。这是对狭义相对论的相对性原理的推广,所以他把这种引力理论称为‘广义相对论’。
1916年爱因斯坦发表《广义相对论的基础》,他明确提出:“物理学的定律必须具有这样的性质,它们对于无论哪种方式运动着的参照系都是成立的。”还说:“普遍的自然规律是由那些对一切坐标系都有效的方程来表示的,也就是说,它们对于无论哪种代换都是协变的(广义协变)。”
1918年爱因斯坦发表《关于广义相对论的原理》,他列举了作为广义相对论基础的三个原理:相对性原理、等效原理、马赫原理,然后说:“在两个都同经验相符的理论体系中间,应当偏爱那个从绝对微分学观点看来是比较简单和明了的体系。”这里他明确指出,如果有两种理论,一个简单明确而广义协变,另一个是繁琐含糊而又不协变,当你选择理论体系的时候,当然应该选择前者而不是后者。正是因为他坚持广义协变原理,才使他逐步建立起广义相对论的理论大厦。
统一力学认为;爱因斯坦提出的广义协变原理是从物质运动在量上提出的统一性的表现,即数学表达式的协变。
所以我们可以看出爱因斯坦的等效原理是从物质运动的内容(即质)上表述的;广义协变原理是从物质运动的数学表达形式(即量)上表述的。这两个原理可以说是爱因斯坦有关物质运动的内容和形式、质和量的统一性观念的具体表现。我认为这是对建立统一理论的又一重大成就。他的整个思路是正确的,建立大统一理论必须做到这两个方面的统一。
3,广义相对论的局限性;尽管如此,遗憾的是他当时没有能认识到物质的本质的统一性和物质运动具有的作用力的统一性是什么。
统一力学明确指出物质的本质的统一性就是吸引和排斥,既对立又统一的矛盾性质(即磁体的性质);物质运动具有的作用力的统一性就是引力和斥力相互作用产生的统一力(即磁力)。磁性和磁力的统一决定了各种物质的具体形态、基本性质和运动形式的统一。磁体的质量和作用力的量同运动量必然是统一的。所以相对论的等效原理和广义协变原理都是来源于物质的统一性和作用力的统一性的根基上。统一的物质,统一的作用力和统一场论是等效原理和广义协变原理的理论基础。故等效原理和广义协变原理正是建立统一场论的前提。
如果爱因斯坦不相信物质世界是统一的、和谐的、对称的,那么他也不可能创立相对论。物质世界是统一的思想是他创立相对论的思想基础。而相对论的成功建立正是他后来提出统一场论的思想积累和前提。爱因斯坦之所以成为科学史上最伟大的科学家,不仅仅因为他创立了相对论,更重要的是他第一个提出科学史上具有伟大意义的科学命题,即统一场论。这一命题给科学界指明了科学研究的最终目标和研究的正确方向。

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