如果 太阳系 里 的 每个 质点 都 以 相同 的 加速度 作 直线加速运动, 我们 以 太阳系 内的 任何一个 物体 为 参照物 或 建立 参照系 来 观察 太阳系 的 物体 的 运动, 是 不能 感觉到 这个 加速运动 的 存在 的 。
如果 太阳系 和 我们 能观察到 的 所有 天体 都 以 相同 的 加速度 作 直线加速运动, 我们 以 太阳系 和 这些 天体 里的 任何一个 物体 为 参照物 或 建立 参照系 来 观察 太阳系 和 这些 天体 的 物体 的 运动 , 是 不能 感觉到 这个 加速运动 的 存在 的 。
也就是说, 整个 太阳系 在 直线加速运动, 而 我们 感觉不到 自己在 直线加速运动, 还可以把 太阳 作为 惯性系 。
这里 的 直线加速运动 的 加速, 包括了 匀加速 、变加速 ; 加速 包括了 减速 。
如果 是 曲线运动, 情况 就 不同了 。 就以 最简单 的 匀速圆周运动 来看, 把 地球 看作 规则 的 球体, 地球自转 看作 匀速圆周运动, 一个人 站在 地面 上, 跳起来, 假设 跳起来 到 落下来 的 过程中 他 都 以 和 地球 同样 的 线速度 围绕 同一个 圆心(地心) 作 匀速圆周运动, 那么, 他 落下来 的 地方 不是 原来 的 位置 。
当然 这是 举例, 现实中 地球 太大, 所以 这个 效果 不明显 。 但 也 不能想当然的 忽略, 也许 还能 利用 这个 现象 环游地球 呢 。 有一本小说 《八十天环游地球》 嘛, 哈哈 。
以 地球自转速度 500 米 / 秒, 地球 半径 3000 千米, 地球自转方向 自西向东 来 简单 计算, 一艘 飞艇 漂浮 在 赤道上空 100 米 的 空中, 不考虑 空气 流动 的 推力 和 阻力, 可以计算得到 飞艇 每秒 向西 移动 500 米 * 100 米 / 3000 千米 = 1 / 60 米 ≈ 0.0167 米 。 一分钟 移动 1 米, 一小时 移动 60 米 。
这是 假设 飞艇 漂浮 时 仍然 以 和 地球 同样 的 线速度 围绕 同一个 圆心(地心) 作 匀速圆周运动, 也要考虑 飞艇 不一定 做 圆周运动, 而是 以 同样的 线速度 沿 切线方向 直线运动 。
圆周运动 、曲线运动 不能作为 惯性系 的 本质原因 是 什么 呢 ?
假设 一个 人 站在 滑板 上, 人 和 滑板 都 不知道 自己以外 有 什么 东西, 实际上 人 和 滑板 一起 在 作 曲线运动, 把 人 和 滑板 看成 二维 的, 滑板 就是 一段 线段, 人 站在 这个 线段 上, 以 滑板 为 x 轴, 和 x 轴 正交 的 直线 为 y 轴, 建立 二维坐标系 。 人 跳起来, 在 跳起 到 落下 的 过程中, 人 的 速度 加速度 (包括 大小 和 方向) 和 滑板 保持一致, 但 人 的 x 坐标 一直 在 变化 。
而 如果 滑板 和 人 是 以 相同 的 速度 和 加速度 作 直线运动, 则 人 跳起 后 落下 的 仍然是 原地, 人 跳起 到 落下, x 坐标 不变 。
以 地球 来说, 圆周运动 的 本质 是 地表 和 人 的 运动状态 和 第三方 有关, 这个 第三方 是 地心 。 曲线 运动 也是, 滑板 和 人 的 运动状态 不仅仅 是 滑板 和 人 两者 的 关系, 还和 第三方 有关 。
若 一个 参照系 的 运动状态 和 其它 物体 没有 关系 , 这个 参照系 是 惯性系 。 也可以说, 若 一个 参照系 不受力, 这个 参照系 是 惯性系 。
自 牛顿力学 诞生以来, 惯性系 问题 就存在, 那时 的 物理学家 把 惯性系 问题 想的 比较玄乎, 参照系 应该是 平等的, 为什么 惯性系 会 优越 ? 为什么会有 惯性系 这种 特殊优越 的 参照系 存在 ? 宇宙中 有没有 严格 的 惯性系 ? 直到 老爱, 还在想这些问题, 老爱 认为 所有的运动都是相对的, 所有的 参照系 都 具有 平等 的 权利 。
为了 搞清楚 这些问题, 历代 物理学家 设想了 全局系 、绝对系 , 追溯到了 宇宙的构造 。
其实 从 相对的 、局部的 角度 就可以 解决 惯性系 问题, 这很简单, 也很浅显, 就是 我们 上面说的 若 一个 参照系 的 运动状态 和 其它 物体 没有 关系 , 这个 参照系 是 惯性系 。 也可以说, 若 一个 参照系 不受力, 这个 参照系 是 惯性系 。
以 现在 的 眼光 来看, 前人 物理学家 在 惯性系 问题 上 的 想法 朴素 又 古典, 又 学院, 很好玩 。
由此 也可见一些 端倪, 西方学者 遇到 一些 比较 抽象 的 问题 时, 又 不能 用 算式 推算, 思维 就会 偏于 玄乎 、先验 、神性 、“上帝的旨意” , 这叫 玄乎 的 理性, 理性 的 玄乎, 神性 的 理性, 理性 的 神性 ; 反观 东方 的 民科 体现了 “天行健,君子以自强不息” 的 东方文化, 大有 天不怕 地不怕 , 打倒一切牛鬼蛇神, 敢叫日月换新天 的 气概 。
当 遇到 问题 时, 事出反常必有妖, 东方 的 民科 认为, 世上 是 没有什么 妖魔鬼怪 的, 应该是 事出反常必有因, 我们 要 把 这个 因 找到 。
若 一个 参照系 的 运动状态 和 其它 物体 没有 关系 , 这个 参照系 是 惯性系 。 也可以说, 若 一个 参照系 不受力, 这个 参照系 是 惯性系 。
相对于 惯性系 静止 或 匀速直线运动 的 参照系 也是 惯性系 。
若一个 系统 内 的 所有 质点 相对于 惯性系 作 加速度 相同 的 直线加速运动(这个 直线加速运动 是 质点 运动 的 一个分量), 具体的, 同一时刻, 所有 质点 的 这个 加速度(一个分量) 相同, 这个 加速度(一个分量) 由 力 F 产生, F 是 统称, 统称 对 所有 质点 产生 这个 加速度(一个分量) 的 力, F 不是 系统 内 质点 间 的 力, 则 在 系统 内 选择 只受 F 作用 而 不受其它力 的 质点 建立坐标系, 这个 坐标系 作为 参照系, 不考虑 F, 这个 参照系 对 系统 内 的 所有 质点 来说 都是 惯性系 。 不考虑 F 也可以是 引入一个 惯性力 - F 和 F 抵消 。
系统 内 的 所有 质点 相对于 惯性系 作 加速度 相同 的 直线加速运动 这不一定由 力 F 造成, 还有一种 情况 是, A 静止, B 直线加速运动, 则 相对于 B, A 的 所有质点 都 作 直线加速运动 。
非惯性系 的 问题, 加一个 惯性力 F = - ma 就 可以 搞定, 这同样可以让 “物理公式 在 所有 参照系 里 都是一个 形式” 。
老爱 广义相对论 搞 的 时空弯曲 四维力 标架 什么的 统称 时空设计, 时空设计 是 有问题 的 。
不过 先 抛开 时空设计 的 问题 不论, 从 软件设计 的 角度 来看, 时空设计 和 惯性力 是 两套 设计方案, 都是 可以 提出 和 探讨 的 。
从 软件设计 来看, 时空设计 用 的 设计模式 、业务模式 、领域驱动设计 这些 理论 框框 比较溜, 显得 团队 专业 高端 学识渊博 经验丰富, 另外, 时空设计 的 概念新颖, 容易 吸引客户, 至于 这个 设计 容不容易 实现, 实现出来 用户 好不好用 …… 就不知道了 。
惯性力 是 经验丰富 的 一群 老程序员 的 方案, 简明实用 。
老爱 为 广义相对论 设想 的 电梯实验 并不是 百分之百 的 理想, 换句话说, 失重加速 上升 的 电梯 和 静止有重力 的 电梯 不是 百分之百 等效 。
一个人 站在 失重加速 的 电梯 里, 电梯 的 加速度 对 人体 造成 惯性力, 这个 惯性力 是 一个 虚拟的力, 是 作用 到 人体 的 每一个 质点 的, 因为 是 虚拟的力, 它 的 传递 不需要 时间 。 这和 相对论 认为 信息 、力 的 传递 需要 时间 且 不能 超过 光速 是 矛盾 的 。
惯性力 的 传递 不需要 时间 比如 只要 电梯 一有 加速度, 人体 的 每个质点 立即 就受到 惯性力, 这是 同时 的, 不需要时间 的 。 即使 人 悬空 在 电梯 里 也一样, 对于 遥远 的 星系 也一样, 以 电梯 为 参照系, 电梯 一有 加速度, 遥远 的 星系 同时 受到 惯性力, 不需要时间 。
再 进一步 看, 失重加速 的 电梯 的 加速度 变化(变大 或 变小) 时, 人体 的 每个质点 受到的 惯性力 同时变化, 不需要时间 。 静止有重力 的 电梯 若 重力 变化(变大 或 变小), 因为 重力 的 传递 需要时间, 比如 以 光速 传递, 则 需要 经过 一段时间, 重力 的 变化 才能 传递 到 人体 的 质点, 先 传递 到 离 地面 近 的 质点, 再 传递 到 离 地面 远 的 质点 。
如此, 上述过程 中, 失重加速 的 电梯 和 静止有重力 的 电梯 里 的 人体 的 力学效应(过程) 是 不一样 的 。 把 人体 看作 一堆 质点 来 分析 就会 比较 清楚 。
因此, 失重加速 上升 的 电梯 和 静止有重力 的 电梯 不是 百分之百 等效 。
前几天 写了 《功 是 虚拟 的 概念, 动量未必守恒》
https://tieba.baidu.com/p/7729979226 , 是 《物理学 的 基本原理》, 今天写了 惯性系, 也是 《物理学 的 基本原理》 。