中学时代我们知道了运动是相对的。在伽利略的船舱实验中我们无法判断船是否在开动。应该注意这里船的运动是指移动而非转动。

同样的实验条件,如果要我们判断船是否在转动是可以做到的。只要我们展开两臂如果我们的船不在旋转,那么一切照旧。如果我们的船在旋转,因为根据角动量守恒,身体的旋转速度就会降低,脚和船没摩擦时就会发现船相对身体转动,有摩擦时就会从脚底穿来力使身体根船转动。这样是不是就证明了转动的绝对性。当然头晕的都不用伸手。 反过来,如果转动是绝对的,那么一些绝对的物理量,如质量电荷色荷等是不是由转动,或者说自旋所致使的。转动是不是物理学中最奥妙的东西之一。


非惯性系下物理规律会偏离牛顿第二定律,但这并不会让非惯性变得「绝对」。对同一个物理时空,你可以选取任意多种非惯性参考系来描述,测地线方程长得都会有所不同,但它们描述的物理并没有变。

具体到题主的问题,我们把讨论限制在牛顿力学里,你所感觉到的、旋转参考系中的「反常」现象可以用惯性离心力和科里奥利力解释:

[公式]

其中[公式]是旋转参考系的旋转速度,[公式]是旋转中心到物体的位置矢量,[公式]是物体速度。一般来说,我们认为这个力是「虚拟」,是为了让牛顿第二定律在旋转参考系中保持适用。

但我们也完全可以采用另一个视角:即认为这个力是真实存在的,是宇宙的一个基本性质。换句话说,以船「转轴」为中心,任何位置为[公式],速度为[公式]的物体,大到宇宙天体,小到微观粒子,都会天然地受到这个力的作用。在这个观点下,整个宇宙都在围绕船体以[公式]角速度旋转,因此感受不到这个力的存在。但当你和船体保持静止时,就能感受到这个力的存在了。

这一视角不存在任何矛盾,尽管我们一般不采用,但你没法反驳这种可能性的存在。
水桶实验嘛。。。
有人提到「水桶实验」并且认为这个实验能够提供证据证明旋转是绝对的而另一些人认为不对。本人认为:水桶实验的关键并不是揭露了旋转是绝对还是相对的问题!因为水面呈现凸凹状不是因为参考系原因引起的而是因为机械力场等综和作用引起的!具体而言就是引力场与整桶水旋转时不同位置需要的向心力不同(也就可以看成是一个「向心力场」)这俩个原因的综和作用引起的,很显然与水相对于桶的运动无关而仅仅与水相对于地球引力场的旋转方向有关!不应该用动力学原理去理解解释运动学的问题,同样道理也不可以跨界用不同学科的原理理论去研究其他学科的问题。这应该作为一个原则为我们牢记!另外水面呈现凸凹状更是与参照系的选择无关无论你选择的是惯性参考系还是非惯性参考系!
头晕就说明在转动。

头不晕就说明没转动。


这样解释行不行:仍然认为转动是相对的。当木桶相对于地球静止,木桶里的水相对于木桶静止,那么木桶里的水相对于地球静止,因此水的状态=木桶的状态=地球的状态,这个时候的水面我们认为是平的,但是这个「平」的水面我们要重新定义了(事实上在木桶实验中,水面的「平」从未被明确定义,而这个概念却是解释木桶实验的关键,这里所说的的重新定义,事实上是第一次给出明确定义),我们将水面的「平」重新定义为一个时间-空间流形内水平面的形状,换言之,「平」是一个相对的概念,在不同的时间-空间流形内,「平」具有不同的形状。这样,当木桶相对于地球有转动,而木桶里的水相对于木桶静止的时候,水面相对于木桶其实仍然是「平」的,但是为什么我们看上去它是弯曲的呢?因为我们是拿另一个运动状态不同的时间-空间内的水「平」面来与它做比较的,当木桶旋转的时候,木桶的旋转本身改变了木桶所占据的局部时-空流形的形状,在这个新的时空内,水「平」面的形状其实就是木桶里随木桶同步旋转的水面的形状,因此如果我们是生活在旋转的木桶这个世界里的人(我们不会感受到木桶的旋转,就像在地球上生活久了的我们不会感受到地球的旋转),我们就会发现,我们的水面仍然是「平」的。但是相对于我们不同世界里的人,那些生活在地球上的人,我们的世界相对于他们的世界本身是弯曲了的,因此我们的水「平」面,对他们来说,自然也是与我们的世界一样弯曲,但是水面的这种弯曲程度,与我们水桶世界本身的弯曲程度确实是完全一样的。总而言之,旋转改变了时空,因此也改变了时空里的「水平面」。当我们说水面是「平」还是「曲」的时候,我们要指定好作为参考的时空流形,因为「平」本身就是一个相对的概念。这样我们就通过明确定义「平」的概念,解释了木桶实验里看上去不一样的水平面。不管什么时候,只要我们没有指定一个参考系,我们就无法仅仅通过内在的测量确定我们的运动状态,因为没有运动是绝对的,就像没有绝对的「平」。
我们还可以想像下把旋转尺度压缩到无法测量的大小,把旋转速度提高使得角动量可测,那么这又是什么情形?能否和粒子物理的情形对应。在想像下,如果旋转不是发生在我们熟悉的3维空间,发生在其他维度,这些维度可能是卷曲的,可能是我们不知道的,那么这个旋转的角动量会是什么?有没有可能是我们其实已经熟悉的概念。


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