中學時代我們知道了運動是相對的。在伽利略的船艙實驗中我們無法判斷船是否在開動。應該注意這裡船的運動是指移動而非轉動。

同樣的實驗條件,如果要我們判斷船是否在轉動是可以做到的。只要我們展開兩臂如果我們的船不在旋轉,那麼一切照舊。如果我們的船在旋轉,因為根據角動量守恆,身體的旋轉速度就會降低,腳和船沒摩擦時就會發現船相對身體轉動,有摩擦時就會從腳底穿來力使身體根船轉動。這樣是不是就證明了轉動的絕對性。當然頭暈的都不用伸手。 反過來,如果轉動是絕對的,那麼一些絕對的物理量,如質量電荷色荷等是不是由轉動,或者說自旋所致使的。轉動是不是物理學中最奧妙的東西之一。


非慣性系下物理規律會偏離牛頓第二定律,但這並不會讓非慣性變得「絕對」。對同一個物理時空,你可以選取任意多種非慣性參考系來描述,測地線方程長得都會有所不同,但它們描述的物理並沒有變。

具體到題主的問題,我們把討論限制在牛頓力學裡,你所感覺到的、旋轉參考系中的「反常」現象可以用慣性離心力和科里奧利力解釋:

[公式]

其中[公式]是旋轉參考系的旋轉速度,[公式]是旋轉中心到物體的位置矢量,[公式]是物體速度。一般來說,我們認為這個力是「虛擬」,是為了讓牛頓第二定律在旋轉參考系中保持適用。

但我們也完全可以採用另一個視角:即認為這個力是真實存在的,是宇宙的一個基本性質。換句話說,以船「轉軸」為中心,任何位置為[公式],速度為[公式]的物體,大到宇宙天體,小到微觀粒子,都會天然地受到這個力的作用。在這個觀點下,整個宇宙都在圍繞船體以[公式]角速度旋轉,因此感受不到這個力的存在。但當你和船體保持靜止時,就能感受到這個力的存在了。

這一視角不存在任何矛盾,儘管我們一般不採用,但你沒法反駁這種可能性的存在。
水桶實驗嘛。。。
有人提到「水桶實驗」並且認為這個實驗能夠提供證據證明旋轉是絕對的而另一些人認為不對。本人認為:水桶實驗的關鍵並不是揭露了旋轉是絕對還是相對的問題!因為水面呈現凸凹狀不是因為參考系原因引起的而是因為機械力場等綜和作用引起的!具體而言就是引力場與整桶水旋轉時不同位置需要的向心力不同(也就可以看成是一個「向心力場」)這倆個原因的綜和作用引起的,很顯然與水相對於桶的運動無關而僅僅與水相對於地球引力場的旋轉方向有關!不應該用動力學原理去理解解釋運動學的問題,同樣道理也不可以跨界用不同學科的原理理論去研究其他學科的問題。這應該作為一個原則為我們牢記!另外水面呈現凸凹狀更是與參照系的選擇無關無論你選擇的是慣性參考系還是非慣性參考系!
頭暈就說明在轉動。

頭不暈就說明沒轉動。


這樣解釋行不行:仍然認為轉動是相對的。當木桶相對於地球靜止,木桶里的水相對於木桶靜止,那麼木桶里的水相對於地球靜止,因此水的狀態=木桶的狀態=地球的狀態,這個時候的水面我們認為是平的,但是這個「平」的水面我們要重新定義了(事實上在木桶實驗中,水面的「平」從未被明確定義,而這個概念卻是解釋木桶實驗的關鍵,這裡所說的的重新定義,事實上是第一次給出明確定義),我們將水面的「平」重新定義為一個時間-空間流形內水平面的形狀,換言之,「平」是一個相對的概念,在不同的時間-空間流形內,「平」具有不同的形狀。這樣,當木桶相對於地球有轉動,而木桶里的水相對於木桶靜止的時候,水面相對於木桶其實仍然是「平」的,但是為什麼我們看上去它是彎曲的呢?因為我們是拿另一個運動狀態不同的時間-空間內的水「平」面來與它做比較的,當木桶旋轉的時候,木桶的旋轉本身改變了木桶所佔據的局部時-空流形的形狀,在這個新的時空內,水「平」面的形狀其實就是木桶里隨木桶同步旋轉的水面的形狀,因此如果我們是生活在旋轉的木桶這個世界裡的人(我們不會感受到木桶的旋轉,就像在地球上生活久了的我們不會感受到地球的旋轉),我們就會發現,我們的水面仍然是「平」的。但是相對於我們不同世界裡的人,那些生活在地球上的人,我們的世界相對於他們的世界本身是彎曲了的,因此我們的水「平」面,對他們來說,自然也是與我們的世界一樣彎曲,但是水面的這種彎曲程度,與我們水桶世界本身的彎曲程度確實是完全一樣的。總而言之,旋轉改變了時空,因此也改變了時空里的「水平面」。當我們說水面是「平」還是「曲」的時候,我們要指定好作為參考的時空流形,因為「平」本身就是一個相對的概念。這樣我們就通過明確定義「平」的概念,解釋了木桶實驗里看上去不一樣的水平面。不管什麼時候,只要我們沒有指定一個參考系,我們就無法僅僅通過內在的測量確定我們的運動狀態,因為沒有運動是絕對的,就像沒有絕對的「平」。
我們還可以想像下把旋轉尺度壓縮到無法測量的大小,把旋轉速度提高使得角動量可測,那麼這又是什麼情形?能否和粒子物理的情形對應。在想像下,如果旋轉不是發生在我們熟悉的3維空間,發生在其他維度,這些維度可能是捲曲的,可能是我們不知道的,那麼這個旋轉的角動量會是什麼?有沒有可能是我們其實已經熟悉的概念。


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