quot;舟行不觉quot;和暗宇宙惯性运动、相对性原理及其宇宙起源.pdfVIP

《科学文化评论》第3卷第5期(2006)：77-93 科学前沿 “舟行不觉和暗宇宙 惯性运动、相对性原理及其宇宙起源 郭汉英 摘要在牛顿力学和狭义相对论中，惯性原理是定义物理量、引进物理规律的 基准；然而，惯性运动和惯性系的起源没有解决，在如何确定惯性系的问题上，存在 爱因斯坦所指出的“循环论证”。 爱因斯坦试图引进任意运动之间的“广义相对性”摆脱惯性原理的“循环论证”， 并进而描述引力。广义相对论取得了成功，但并没有实现运动的“广义相对性”。而 且，在如何定义物理量、引进物理规律，与狭义相对论在对称性的意义上也并不相同。 宇宙是暗的，在加速膨胀，并不渐近于闽氏空时，很可能渐近于常曲率的德西 特空间。这对广义相对论及其宇宙学等提出尖锐挑战。 陆启铿提出把相对性原理推广到常曲率空时。基于这个原理和不变普适常数 原理，可以建立德西特不变的相对论。德西特对称性保证在德西特空时中既存在惯 性原理，也存在宇宙学原理；二者通过两种彼此联系的同时性相互关联。这样，加速 膨胀的3维球面的德西特宇宙背景就表现为德西特惯性运动和惯性系的起源。 如果宇宙渐近于德西特宇宙，其3维宇宙空间应该渐近于这个3维球面，但对 于平坦的偏离仅仅为宇宙常数的量级。同时，宇宙的时间演化方向，可以确定德西 特宇宙模型的时间方向，进而可以确定德西特空时中惯性系的时间和空间坐标的 方向。在这个意义上，演化的宇宙就成为德西特空时中惯性运动的起源，惯性系的 确定不再存在“循环论证”。进而，作为这类惯性系退化情形闽氏惯性系和伽利略 惯性系的确定，也不再存在“循环论证”。 对于存在引力的情形，空时应该处处时时存在局域化的德西特惯性原理和具 有局域德西特不变性的局域惯性系。这样，定义物理量和引进物理规律的局域化的 基准，就与德西特相对论一致。演化的宇宙同样可以确定局域德西特惯性系。 作者简介：郭汉英，中国科学院理论物理研究所研究员。 78《科学文化评论》第3卷第5期(2006) 这是一条从伽利略惯性原理，经过庞加莱惯性原理，发展到常曲率空时惯性原 理；并进而考虑惯性原理局域化的途径。与爱因斯坦发展到广义相对论的途径不相 同，值得深入探讨。 关键词惯性原理德西特不变性德西特相对论宇宙学原理暗宇宙 宇宙常数惯性系统的确定 引力 局域惯性原理局域惯性系统。 在经典物理学中，什么是引进物理量和描述物理规律的基准? 如何通过实验和观测来确定这些基准? 对于与空间时间以及其中物质和运动直接相关物理量的定义和物理规律的描 述，说到底是以惯性观测者、惯性运动和惯性系，以及相对性原理这些要素为基准 的；至少对于可以不考虑引力相互作用的情形是这样。事实上，这些要素的基准作 用，在牛顿力学和狭义相对论中都非常突出。可以把这些要素一并称为惯性原理。 据考证①，早在我国汉代就有关于相对性原理记载：“地恒动而人不知，譬如闭 舟而行不觉舟之运也。”(((尚书纬·考灵曜》)这是以地动观点来说明地日关系，比 喻“地动人不知”如“舟行不觉”。这里隐含着相对性原理的观点，是人类文明史上 最早的有关猜测和论述。另外，明末《崇祯历书·五纬历指》中，关于“宗动天之行若 何”的解释也提到运动的相对性：“如人行船，见岸、树等不觉己行而觉岸行。”② 16世纪中叶，哥白尼临终时发表的不朽著作《天体运行论》，标志着自然科学 对神学的反叛和革命的开始。17世纪初，开普勒最先突破亚里士多德学说，提出惯 性的观念。随后，伽利略以在平稳行驶大船船舱内的观测者无法断定大船动静为例 200年，在西方也有这样的论述：“虽然看不见，大地却是在运动的，因为只能通过 比较一个静止点才能感到运动。在一个水中的船上，如果不知道水在流动也看不见 岸，怎么能够知道船在运动?”③不过，相对性原理仍以伽利略命名。 人则对此怀疑。“地恒动”、“舟行不觉”等观点，为后人所转述。 ②刘钝，关于《崇祯历书·五纬历指》的私人电子邮件，2006年6月6日。 of learned translationandan ofDedocta ③NikolasCusa，On ignorantia l即orance：a app