绝对静止的宇宙空间错误的惯性力和非惯性系讲解.docx

1、绝对静止的宇宙空间错误的惯性力和非惯性系讲解绝对静止的宇宙空间摘要:分析物理问题时我们要遵循系统性法则，不应该孤立的去看某一问题, 当我们坐在加速的小车内看挂在天花板上的小球相对车厢静止且没有受力反而 发生变化，于是引入了惯性力与非惯性系，其实我们不应以主观感觉理论来评定 客观变化的时空，地心说只是主观的认为。例如有A和B两个气球，B气球漏 气变小。我们依据相对性原理选择B为参照系而会认为A相对于B变大了，这 是唯心的主观意识，B的变化是绝对的，参照系并不能凭我们主观意识随意选取 而是应符合宁宙法则绝对时空。地球之所以能看作惯性系是因为地球质量远大 于观测物体，如果换作轮船上研究自行车的动力学

2、问题，则轮船的质量不再像地 球一样可以被忽略掉了。本文将遵循牛顿三定律，诠释如何正确运用三定律走出 惯性力的误区，通过三定律公式从而确定小车和小球处于客观的绝对受力状态而 非主观的静止状态。关键词：牛顿三大定律、惯性、绝对空间、力前言 变化的相对性与绝对性 2牛顿第三定律 2牛顿第二定律 3牛顿第一定律 6圆周运动 7相对与绝对原理的系统法则 9相对论时空观的引入 11狭义相对论下的新时空观 13引言牛顿是一名伟大的物理学家，他在物理学方面的成就犹如中国古神话中的盘 古有着开天辟地的意义。牛顿三定律是完美的，当我们误认为其存在缺陷而引入 惯性系和非惯性系、惯性力等概念时反而破坏了三定律的完美。

3、力的产生必然是 相互作用的两个或儿个物体，是一个系统问题，产生的效果也是系统效果，我们 不应该孤立的去分析力的问题，三定律的力是物体间或者参考系间的相互作用产 生，惯性系和非惯性系的引入从一定程度上起了误导作用，而使我们孤立的去分 析力的问题。当然问题要追溯到牛顿本人木桶实验，这位伟大的物理学家没有能 给完美的三定律一个更好的归宿。牛顿经典力学有着一股难以抵抗的诱人之美，但是随着物理学的发展，牛顿 力学出现了一些运用上的缺陷，很多伟大的物理学家开始迷惘，之后随着惯性系 和非惯性系、引力质量与惯性质量、相对论等物理新理论的引入驱散了这种困扰, 于是人类的时空观也发生了变化，牛顿定律成为了一种不完

4、美的定律，其适用范 圉也只在惯性系中适用。其实牛顿定律并非如此局限，惯性系与非惯性系的划分 似乎对牛顿定律也没有太大必要，下面我们将牛顿定律稍作补充讲解下为什么惯 性系和非惯性系划分是没有必要的。牛顿三大定律：1） 牛顿第一定律内容：任何物体都保持静止或匀速直线运动的状态， 直到受到其它物体的作用力迫使它改变这种状态为止。2） 牛顿第二定律内容：物体在受到合外力的作用会产生加速度，加速 度的方向和合外力的方向相同，加速度的大小正比于合外力的大小与物体的 质量成反比。3） 牛顿第三定律内容：两个物体之间的作用力和反作用力，在同一条 直线上，大小相等，方向相反。一、 变化的相对性与绝对性宇宙界的变

5、化有很多种，在经典力学时空观下我们认为时间恒定，引力 和拉力会引起物体形变而被变长，斥力和压力则使物体变短，变化尺寸与物 体本身的形变系数和受力大小有关。为了方便起见我们以运动的变化为例讲 解，并且假设能量只用来提供运动需要，既能量只转化成动能。首先我们要 清楚变化这个概念，当我们说一个物体发生了变化，一定是对比自己原来的 状态在时间范畴内而言。比如A和B两个人静I上在地球上，当B做跑步运动 时，我们一般认为B发生了运动，但是从相对性原理上我们可以认为A相对 于B在发生了运动。但是这种相对性是一种错觉，在B看他可以错觉的认为 A相对于自己发生了运动，这种观点犹如哲学的万物因我而动的观点，但是

6、物理学是唯物主义的客观，、打你闭上双眼，万物的存在是绝对的。那么对于 A和B的情况我们应该如何认识？虽然我们根据相对性原理可以认为A和B 相互发生了相对性运动，但是就A和B而言变化是绝对的，A和B肯定有一 个发生了变化，也就是有一个是绝对变化的。这一点从能量角度就可以区分, 当A和B相对静止时我们认为能量稳定，当B做跑步运动时，虽然相对来看 相互发生运动但是从A看A的能量维持原态而B的能量转化成了动能，从B 看B的能量莫名消失而A的原能量态不变且动能增加，这时我们是否在要引 入一个类似惯性力的概念去解释呢，显然没必要，因为我们有权断定B是发 生变化的（A与地球作为一个整体也发生了变化，变化很小

7、可近似认为变化 为零）。谈到动能就离不开速度，所以通过速度或加速度的求解同样可以判 定A和B哪一个发生了绝对变化。并且对于一系列复杂的运动的物体，通过 公式必定可以确定一个相对绝对静止原状态空间发生运动的相对静止空间， 通过求出的相对静止空间进而可以求出绝对静止空间。如果宇宙源于大爆 炸，那么我们有权认为大爆炸时刻的空间为绝对静止并根据对爆炸后天体状 态的测量数值通过公式求解出这一绝对静止的空间，当然前提是人类科技足 以获得的这些数据，而部分天体的运动可以求岀一个相对绝对空间发生运动 的相对静止空间。到底观测者有没有绝对变化，通过公式可以求解出来，同样对于任何复 杂的运动即使转动加平动都可以通

8、过公式求出一个确定的原始状态空间，而 宇宙的这个原始状态空间我们可以称为绝对静止的空间。而这些公式都源自 牛顿三定律，下面我们根据三定律来写出所需要的公式。二、 牛顿第三定律我们逐个分析牛顿定律，走出误区，正确看待三大定律，下面我们先以直线 运动为例（严格意义上的直线运动只有连接两质点之间的线性运动才是直线运 动。）先从第三定律开始，第三定律告诉我们力是两个或多个物体间的相互作用， 也就是说存在力就必须存在相互的施力和受力物体，并且相对相互作用时状态对 于任何一个点时刻这些力的合力等于零且共面，其表达式如下： F* 1 + F 2 + + FX只有两个物体相互作用时对于任何一个点时刻:也就是相

9、互作用力等大反向且共线。三、牛顿第二定律基于第三定律力不可能单独存在，力是一个系统内的问题。我们再来看牛顿 第二定律，当一个物体受到一个力的时候，由于相互作用，对其施加力的物体 也会受到相反的力，故两个物体都会受到力的作用而产生第二定律的加速度， 故X物体间相互作用时满足笫三定律的公式且满足笫二定律公式,相对相互作用 时状态对于任何一个点时刻其表达式如下： F1+F2+ + Fn = OF； = mi ai耳=mn an m, a, + m2 a2- + mn an = O对于相互作用的两个物体而言：F2 = m2 a 2当然以上这些公式矢量的参考系选取物体即将发生相互作用力时的状态为 参考系

10、。只要知道F可以求m知道d也可以求F。例如两滴水滴，一个A圉绕另一个B转动的时候，如果有相对B静止观察者 观测到A椭圆而B圆球时，从牛顿定律我们知道A的圆周运动必然受到力的作用, 而A的变形是力在液珠内传导引起的，B没有变形说明未受到力，那么A受到力 应该来自其他物体或者B给A的力但是B还受到另外一个力导致A对其反作用力 被平衡掉了。所以在运用牛顿定律时一定要分析清楚力的来源或者说相互作用的 系统。当然以上是在经典力学时空观内分析，形变产生是力的效果，如从相对论 的尺短寸缩也可以解释，物体的视觉变形未必就是受力作用了，我们这里以经典 力学时空为参照分析，暂不涉及相对时空观。例如地球上一匀加速度

11、直线运动的小车内挂着一铅球，铅球质量为m,绳与 天花板呈一定夹角，车上有一相对车静止的观察者，观察者看到另外一小车以加 速度弘远离自己，地球以加速度比o远离自己，在观察者看来铅球是相对自己静 止的，从自身角度看是不受力的但是却产生了受力的变化效果，因为从观察者角 度看到的东西不一定是真实的，而是主观的我思故我在的造成了，同时参考系选 取也不是任意的，肖以观测者所在小车为参考系时是人为的选定，我们应该遵循 牛顿定律和宇宙法则求解出宁宙法则规定的参考系和真实的客观的物理变化，也 就是前文的产生绝对变化的物体是哪一个。假设地球质量为M,观察者所在小车 总质量另一小车质量为m:.根据牛顿定律列式如下：

12、m, + M a2+ m0 ao = 0aio =ai-ao解得:KH + m0 + Ma2二爲+“心uO_ rOj + m0 + MFl = FH-Aa o - a 20yF()= -m() a 20F2 u 0兔=-ma 20故我们可以依据观测到的数据和宁宙法则可以求解出不凭借我们感官而真 实存在的客观的实际悄况，以及宇宙法则为我们确定的参考系，而并非随意选取, 所以惯性力的引入是误区性的主观因素。对于质量相当的多个物体的复杂受力情况，我们可以选取其中一个物体为参 考系，然后建立方程组求解每一个物体相对产生力之初的状态时刻的加速度。以 nh为参照物列方程如下：（弘是相对受力前是状态发生的绝

13、对变化加速度，aln 是在运动的皿上所测其他物体的相对加速度）m, a2 卜 mn an = 0ai2 = a2-aiai3 = a3aiain = an_ai耳=mg尺=mn S下面我们来看一道惯性系与非惯性系的问题，其实整个宇宙中所有的星球都 是一个系统，如果宇宙起始与大爆炸，那么这些星球必定遵循牛顿定律而运行, 也就是上面的公式而运行只是公式中要引入角动量和曲线加速度。为什么地球可以作为惯性系呢？假设地球上一个物体A与地球之间产生一 恒定相互作用力F,因为地球和宇宙是一个系统，力可以通过地球传导与其他星 球，故这个力F将导致整个宇宙包括地球和物体A产生加速度的变化，公式如下: mA Aa

14、A + mJd; AaAa)+Am2 a2 + + mnAan =0山于宁宙质量很大，力F作用在地球上后不管如何传导，所有星球产生的加 速度可以视为零，也就是可以把宇宙看成一个整体M,公式简化如下： mA AaA + M AaM = O而参考系不是地球也不是物体A而是两者发生作用时的地球，所以我们从地 球上看到物体A的加速度a应该是两者加速的和，公式为： a=AaA-AaM解得物体A的加速度为：因为M所以我们可以认为A的加速度就是我们在地球上观测到的加速度m这就我们可以选取地球为惯性系的原因。力不能单独存在，当我们分析一列火车加速运行时，如果力是地球与火车之 间相互摩擦作用产生，则在车内球不受

15、火车任何力作用包括摩擦力，则小球与地 球因为引力作用可以看作一个系统，当车内人看到小球加速度为&时，我们可以 通过上述方程组求解出初始时刻时，每个物体的加速度，也就是知道加速的物体 时火车而非小球，小球随地球加速度很小，可以视为零。我们不能因为我们闭上 了双眼就否定客观世界物质的存在与运动，对于我们在封闭空间内无法用视觉和 感觉来判断的时候，我们可以借助仪器来测量密闭空间内的作用力与运动，然后 通过上述方程组求解来确定自己的运动状态。因为物体初始时刻一定存在一个稳 定的系统，例如一个物体与地球已经形成一个稳定的系统，只有重力作用。所以我们不应该区分惯性系和非惯性系而应该直接用牛顿定律去求解。四

16、、牛顿第一定律接下来我们分析牛顿第一定律，基于第三和第二定律，我们知道一个物体获 得相对速度必须有能量来提供力，也就是发生能量转化。而能量转化以力表现出 来时，获得速度的物体并非一个物体，当能量不再提供力时，物体将按第一定律 进行运动，公式如下：当所有物体都是从一个稳定的系统开始变化，初始状态相对静止，从皿上 测的数据列方程组如下：既从任何一个物体看其他物体，速度和质量都将保持不变，也就是以自己参 考系而言的动量不变，这是牛顿第一定律与动量守恒的一致性。我们山第二定律 推导发现，力大的小是相对物体发生相互作用时刻的参考系而言，同样动量也是 相对初始状态而言，而非以某个物体为参考系而言。对于位移

17、我们补充如下：（X初是以初始状态速度下同时间产生的位移） m, x1 + m2 X2+ +mn Xn =初 x初或 ml Xi + m? X2 + + m门 xn = O换言之当你在地球看到某星球相对地球加速度为a而求出的两者之间的力 是错误的。同样在地球上观察到的某星球速度后求出的动量也是错误的，正确 的力与动量数值应该通过以上公式列方程组求解。到这里我们可以清晰的看到牛顿三大定律是并未失去他的魅力。五、曲线运动对于曲线运动以上公式仍旧适用，例如宇宙大爆炸后山万有引力作用做相互 曲线运动的天体之间必然满足 ml a, + m2 a2 + + mn a门=O m, V)-I- m2 V2+ -

18、+- mn vn =O rri X + m2 X2 + + mn xn = O对于理想的圆周运动且角速度3相同的天体还满足： m, r, + m2 r 2+ + mn r n = O当然实际情况角速度3不相等，星体运行轨道是椭圆，以太阳与某星体为例 忽略其他星体影响，在星体和太阳圉绕两者质心点做角速度3不同转动时，当提 供圆周运动的向心力与引力不对等时，太阳与星体将靠近或远离，以靠近为例， 太阳与星体距离缩短，质心点重新分配，引力变大与速度变大，当到达某一临界 点时速度增大需要的向心力大于增大后引力而乂开始做远离运动。在这一过程是我们需要注意一个特例，就是当星体与太阳质量比足够小，两 者距离足

19、够近时，因为质心点儿乎接近太阳的中心，在这个足够近的距离时刻我 们可以认为下一刻的质心点并没有发生重新分配。例如卫星绕地球的圆周运动， 角速度不同但质心点的变化儿乎为零，所以卫星可绕地球做近似圆周运动。所以 在满足上述条件时，星体在近日点会发生非常短暂的山椭圆轨道转类圆周运动的 倾向。再如我们在地球上旋转陀螺时，在相互作用力的时候地球和陀螺会产生相反 角速度的运动，在受力时间内满足： m, a, + m2 a2 + + mn an = O m, Vj -I- m2 V2+ - + mn vn =O ni X + m2 X2+ f mn xn = O因为地球和陀螺受力的力矩相同也就是r相同，所以

20、得出： m, + m2 2 + + mn con = O当地球和陀螺通过人施加的相互作用力消失后，对于每一个物体而言如忽略 摩擦则不再给对方力的作用，而物体因自转而受到自身内部力作用。以陀螺为例, 取陀螺关于轴心相互对称的两点A、B,对于A和B因为速度力图远离对方，但 是乂因为A和B之间的物质内部作用力作用而保持陀螺形状也就是A和B之间的 相对距离，从而适A和B点做关于两点中心的旋转。所以地球和陀螺之间撤销相 互作用力后在内部力作用下保持旋转但其内部力合力为零都将遵循第一定律而 运动，并且满足牛顿定律的公式。最后我们解释一下为什么角速度取矢量，我们看下面一组公式： V = 69 r我们看到半径

21、是一个向量且方向与加速度方向相同，而如果角速度为标量, 那么笫二个式子速度方向与半径方向应该相同，所以对于向量式应该是这样的:六、相对与绝对原理的系统法则基于第一部分来继续界定绝对性原理，假设宇宙一开始只有一个球体A,在 没有任何参照的情况下我们认为A是绝对静止的，旳某时间A因为内部力爆炸而 分成了三个星球C、D、E,其中D因为C、E对其作用力是等大反向而保持与A 原状态相同的情况，C获得速度Vc. E获得速度VE,且满足mcVc + mEVE=O这时 我们可以认为A和D是绝对静止的而C和E是绝对运动的，但是A爆炸之后很多 年后C星球上有了人类，人类并不知道开始A的状态，只知道从人类角度看C

22、静止而D和E是运动的，人类认为运动是相对的，只是取的参照系不同，运动就 不同，但是人类从公式分析：（人类从C上观察到D速度是Vg, E的速度是VQT T T mc Vc+mD Vd+ide Ve = mA VaVDC = VDVEC=VE-Vcmc +mD +mH =人类认为开始的宁宙大爆炸的A为原始状态，当没有其他参照的时候可以认 为状态为绝对静止，或者c、D、E本来是一个整体二 具有A的原始运动状态， 该状态为有绝对静止状态发生运动的相对静止状态，突然三者不再是一体而发生 变化，相对原始状态而言我们分析哪一个发生了绝对变化，所以我们可以认为A 的原始状态为静止，乂因爆炸后C和E速度满足1%

23、 Vc+mE VE=0.所以人类Vd =0Vc = V DCT T TVe = Vec VDC从而人类可以断定C和E是绝对的变化而D是相对的变化，如果大爆炸开始 的A是绝对的静止则D为绝对的静止。同样一个能量引起两物体相对原状态都发生绝对变化时，能量并非均匀分配 的。这时候能量改变的两物体都发生了绝对变化，而原状态为绝对的相对静止。当我们在运用参照系和相对性原理时必须遵从宇宙界的系统性法则，就是说 不能孤立的去分析问题，相对性是在系统性的基础上才会成立。例如当用砂轮摩 擦铁器时，如果砂轮相对铁器运动会摩擦生热，因为运动是相对的，我们可以让 砂轮不动铁系运动，同样会产生热，对于摩擦生热问题不管谁

24、来运动分析结果都 是一致的。而我们再假设天空掉落的飞船残骸在地面人看来是运动的，并且摩擦 生热，但是当假设残骸不动，人运动的时候相对于人残骸也是运动的但是发现残 骸没有摩擦生热。似乎这违反了相对的对称性，其实不然，因为相对性是建立在 系统性基础上，当砂轮运动时，铁器与地球是一个系统，砂轮自己一个系统，两 系统在接触面上会摩擦生热，当铁器运动时，砂轮和地球是一个系统，但是系统 接触面没有变化。而飞船残骸的例子则前后系统的接触面发生变化，也就一个在 残骸处摩擦生热，一个在人身体处摩擦生热。所以我们在分析相对性问题时要先分清系统，让A相对A、B原状态改变状 态与让B相对于AB原状态改变是两个不同的物

25、理概念。例如原来A、B都静止在 地球上，让A改变状态运动起来，我们可以说B相对于A在运动，但是实际改变 状态的是A,这种B相对A的状态改变与让B改变状态是两个完全不同的物理概 念。因B系统质量很大可以认为系统状态改变为零，故我们可以说B是相对的状 态改变而A是绝对的状态改变，这一切都建立在系统性基础之上。所以出移动磁铁时和移动金属棒时是两个完全不同的概念，让两个同性电荷 运动和两同性电荷静止人运动是两个不同的概念，所以、T两束同性电荷相隔很近 同向运行时我们会看到电荷间因为相互作用力产生现象与电荷静止时不同，但是 为两束电荷相隔同样距离静止不动而人E速运动时，则在人看来电荷仍旧是运动 的，从人

26、的角度分析电荷在运动应该与前者一样的现象，但是实际看到的却是电 荷静止时相互作用的现象。所以对于电荷改变原状态和人改变原状态是两个不同 的概念，虽然后者电荷相对运动了，但是状态绝对变化的系统是人，人的能量发 生转化变化。凡是绝对变化后不对称的现象都说明能量变化需要介质，例如残骸和人在真 空中，无论哪一个发生绝对变化，现象都是一样的。磁铁和金属棒、电荷和人的 问题一样，都是整个系统的作用，比如两束同性电荷当自身发生运动变化时会在 空气和人体内产生磁场而当人发生运动变化（自身相对人运动）时只有人体内产 生磁场而空气中却没有产生磁场，这种不对性告诉我们，磁场的产生必定与介质 有关且与要发生相互运动，

27、两者缺一不可，故我们可以猜想，当电荷移动且空气 随电荷一起移动时并未发生相对运动，理论是没有磁场产生。或者当电荷在真空 中时，没有介质，而电荷也不再产生磁场现象，除非真空也是介质组成，既两束 同性电荷在真空中运动将表现岀两束电荷在静止时排斥的物理现象，具有对称 性。七、相对论时空观的引入我们仍旧以上一部的假设为例子，在经典时空观下，假设宇宙一开始只有一 个球体A,突然在一个能量下分裂成了两部分B和C且能量全部用来提供动能 的能量为E, B星球质量C星球质量mc，如果两星球在相互引力作用下做 加速度大小为a的减速运动，我们再假设C星球上诞生了人类，人类在某一时 刻观测到的B星球速度为Vbc，这一

28、时刻B相对绝对静止空间的A速度为Vb， C速度为Vc,那么人类可以通过公式确定出宇宙爆炸前A的绝对静止空间的存 在：（aBc是此时在C上观测到B的加速度，aB和ac是此时B和C相对绝对静 止A的加速度，Eb和氏是B和C此时动能，Ebc是此时B和C因为引力势能, b和re是此时B和C相对静止状态移动的距离）mB Vb+ mc Vc = 0V BC = VbVcT mB an + mc ac = 0a bc = a b a c厂 T TT Fb + Fc = 0 Fb = mB a b ? Fc = mc ac _2 -2、E = Er + Ec + Ebc, Eb = inB VB,Ec = V

29、c1 J i -2Ebc = mBA Vb + mcA Vc （增加势能等于减少訥芒）1） 不管宇宙爆炸产生多少星球，只要每个星球质量是一定的，即使我 们不知道爆炸后他们的实际速度，但是我们可以在任何一个星球O上观测以 O为参照的所有星球的参数值，然后通过公式一定能够确定一个绝对静止的 状态空间。并且求出每个星球相对该静止空间的速度和加速度，以及爆炸时 候受力情况等问题。2） 能量具有守恒性，既能量不会凭空产生也不会凭空消失，只能从物 体间或物体内发生转移或转化。并且能量的转化或转移方式是通过力做功或 者热转递方式。从上面公式我们山在C星球观测到的数据来求A和B星球 所具有的能量值为：明显EH

30、 Ex，客观的事实是A和B获得E的能量，这违反能量守恒定律， 能量是一个客观存在体，不会因为参考系选取不同而随意发生变化，同样道理， 动能和力也是如此，所以参考系的选取并非任意的，而是宇宙法则已经给我们规 定好，参考系选取只能选取发生变化的相对静止空间。下面我们引入相对论时空观，是否可以随意选择参照系呢，同样的例子，我 们假设A分裂后和C是匀速运动，相互之间没有引力作用，则根据论运动物 体的电动力学，在相对论时空观下的式子为：/VRmB VB+/Vcmc Vc =0Nc= S3I Vb-VcmBC = /Vb(.itib( c时空测的hIb质量)( -2 -2、E = Eb + Ec, Eb

31、= yVijmB VB, Ec = /vcmc V。1)同样的，在相对论时空里，无论运动多复杂，我们总能利用这个比经典 时空下要复杂的公式求出一个绝对静止状态的时空，既相对论时空也存在绝对时 空状态。2)同样的从C上测的数据求得B和C的能量数值为：1 亠Ex =于仏叫Vbc显然EhEx，所以在相对论时空观下，参考系选取也不是随意的，与经 典时空观下一样，否则违反了能量守恒定律。综上我们得到无论是经典时空观还是相对论时空观参考系选取并非随 意而是宇宙系统法则的制约，而是要选取一个相对于宇宙绝对静止空间运动 的相对静止状态的空间。8.狭义相对论下的新时空观相对论的两条假设如果成立，那么相对论的美艳将无与伦比，而假设的最关 键一条是光速不变原理，当然从麦克斯韦方程组可以导出电磁波或光的速度恒为 C,但是麦克斯韦方程组是在未发生前文论述的变化而在相对静止空间保持静止 的前提下，也就是说这一点难以证明在发生变化情况下光速是否会变。