寫在前面:
您的確是個可敬的討論對象,討論過程不失討論風度,且經由討論內容可知具有非一般層次的物理涵養.
我想表達的,除了這一則以外,應該大部分都提了,所以底下對於[慣性力]是否存在,做最後一次的闡述.
討論過程,如有冒犯之處,還望海涵.
引用:
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作者雷火豐
其實有個觀念，我本來不想講太深入，
現在拿出來談談，希望能離開討論僵局
這就是"觀測者是誰"的問題
現在的觀測者是太空站上的太空人
對他的感受，應該要以他所在的座標系為準
他可以不用知道這個船現在到底如何運動
他只要有個加速度的環境
可以在進行正常生理活動
而太空人所在的座標系，是加速座標系
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以太空人的感受沒有錯,他的確感受有重力.
只是他感受到重力的原因,前面我也分析過了,是因為[向心力],而非不存在的[離心力].
同樣的,常聽到有人會說洗衣機脫水時,衣服被[離心力]甩出去,離開洗衣機中心,貼在洗衣槽槽壁上,其實這也是誤解.
離開中心是因為[摩擦力]和[慣性];
貼在洗衣槽壁上,是因為衣服跟著洗衣機轉需要洗衣槽槽壁提供[向心力].
引用:
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作者雷火豐
物理的早期學習，是從古典物理出發
強調可以用第三者的角度來解釋世界(慣性座標系)
用牛頓力學打天下
現在談到太空飛行，常常要考慮到相對論效應
計算和思考，開始計較"誰是觀測者"這個問題
因為不同觀測者的答案不會相同
先前我們爭論點在，太空人受力該叫向心力，還是離心力
在速度慢，太空人移動速度遠小於太空站旋轉速度下
這兩個力大小相等，方向相反，
只有座標系不同而已
所以我在前面說，向心力對，離心力也對
其實，物理的學習
在不同學習程度會有不同答案
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要考慮到相對論效應和不同觀測者,其實我們可以談一談[孿生子悖論].
在狹義相對論裡,經過速度時間變慢(鐘慢),這應該沒什麼爭議.
考慮一對孿生子,哥哥乘坐0.8倍光速(c)的飛行器離開地球,前往40光年(ly)外的另一個星系,弟弟則留在地球.
以地球上弟弟來觀察:
哥哥有速度,所以到達目的地所花的時間需考慮尺縮,故為40ly{[1-(0.8)]^(1/2)}/0.8c=30年<---哥哥自己實際經歷的時間
當哥哥出發至到達目的地,弟弟本身經歷40ly/0.8c=50年
當哥哥到達目的地後立即以相同的速率返回地球,所以哥哥又老了30歲;
但弟弟又經歷了50年,哥哥才回來.
所以整個旅程,哥哥老了60歲,弟弟老了100歲.
(我們這裡先假設人類壽命可以輕易超過100年)
但根據相對性原則,並沒有所謂的絕對運動,一切都是相對的.
所以,對哥哥這個觀察者而言,哥哥以高速飛離地球再飛回來,也可以視為弟弟和地球一起以高速飛離哥哥和飛行器再飛回來,所以變成哥哥老了100歲,弟弟才老了60歲.
這就是[孿生子悖論],哥哥經過這完整旅程後,到底這兩個哪一個的才是老了100歲?
答案是弟弟.
因為狹義相對論只能討論慣性系,哥哥來回一趟,有實際經過加速度,這表示真的有受力(請注意,這是我要強調的重點).
也就是說,哥哥所在的太空船並非慣性系,所以哥哥的推論會有問題,為了解決這個悖論,愛因斯坦發表了他的廣義相對論.
簡單來說,上述的兩個不同的推論結果,只有處在慣性系的觀察者弟弟才能用,才會正確.
讓我們拉回原題:
哥哥在非慣性座標中觀察,認為弟弟受到[假想力]加速和減速離開他和飛行器再回來.
但正因為實際上弟弟並沒有受到[假想力],這[假想力]的確並不存在,所以弟弟的推論才會正確,否則弟弟的100歲就和哥哥的推論一樣會錯了.
也就是說,就算考慮到相對論效應和不同觀測者,[假想力]仍然不會是真實的力.
順帶一提,皇后合唱團(QUEEN)的吉他手兼團長Brian May, 2008年回到倫敦帝國理工學院(London Imperial College)完成了天體物理學博士學位.
他在1975年的經典專輯A Night at the Opera中,寫了一首描寫有關此相對論問題的歌曲[‘39],分享給大家欣賞.
[YOUTUBE]BjuyXR5by2s[/YOUTUBE]
'39
In the year of '39 assembled here the Volunteers
In the days when lands were few
Here the ship sailed out into the blue and sunny morn
The sweetest sight ever seen.
And the night followed day
And the story tellers say
That the score brave souls inside
For many a lonely day sailed across the milky seas
Never looked back, never feared, never cried.
Don't you hear my call though you're many years away
Don't you hear me calling you
Write your letters in the sand
For the day I take your hand
In the land that our grandchildren knew.
In the year of '39 came a ship in from the blue
The volunteers came home that day
And they bring good news of a world so newly born
Though their hearts so heavily weigh
For the earth is old and grey, little darling we'll away
But my love this cannot be
For so many years have gone though I'm older but a year
Your mother's eyes from your eyes cry to me.
Don't you hear my call though you're many years away
Don't you hear me calling you
Write your letters in the sand
For the day I take your hand
In the land that our grandchildren knew.
Don't you hear my call though you're many years away
Don't you hear me calling you
All your letters in the sand cannot heal me like your hand
For my life
Still ahead
Pity Me.