物质的对称性

胡 良

（深圳市宏源清实业有限公司 ，深圳市罗湖区  邮编  518004）

摘要：牛顿运动定律能够成立的参考系就称为惯性系。在某些参考系中，不受力的物体会保持相对静止（或匀速直线运动）状态，其时间是均匀流逝的，空间是均匀及各向同性的。在该参考系内，描述运动的方程具有最简约的形式，该参考系就是惯性参考系(惯性系)。例如，相对于惯性系作匀速直线运动的参考系都是惯性系。

关键词：参考系，惯性系，非惯性系，光子 量子化 对称性 相位 量纲分析

中图分类号：O412.3 ，O413.1 ， 0572.3

作者：总工，高工，硕士（全日制）

1惯性系的逻辑

由于参考系选取的不同，则对运动的描述（运动方程的形式）也随之不同。换句话说，对一切运动的描述都与选定的参考系有关。

牛顿运动定律能够成立的参考系就称为惯性系。在某些参考系中，不受力的物体会保持相对静止（或匀速直线运动）状态，其时间是均匀流逝的，空间是均匀及各向同性的。在该参考系内，描述运动的方程具有最简约的形式，该参考系就是惯性参考系(惯性系)。例如，相对于惯性系作匀速直线运动的参考系都是惯性系。

值得注意的是，根据量子三维常数理论，惯性系是由空间荷及相应的场（能量-动量场）组成；量纲，<[L^(3)T^(0)]>*<[L^(3)T^(-3)]>。

惯性参考系有几何学的及动力学的两种表达方式。几何学的定义：相对于某些无穷远的目标来说，参考系坐标轴的方向是固定的。动力学的定义：在物体空间运动的微分方程式中，并不包括任何由参考系坐标轴带来的旋转项。

牛顿第一定律成立的参照系就是惯性系 ；这意味着，在惯性参考系中，一个不受相互作用的粒子将保持相对静止（或匀速直线运动)。

惯性系具有一个特性:两个惯性系之间的相对速度一定是常数;相对于一个惯性系，任何非惯性参考系(非惯性系)一定会呈现加速度运动。

从另一个角度来看，一个净外力是零的点粒子，在任何惯性参考系内测量出的速度一定是常数;只有在净外力非零的状况下，才会有点粒子加速度运动。

惯性系是不存在引力作用（不存在自身加速度）的自由参考系；体现了最小作量的内涵。

一个参考系是不是惯性系的判据就是牛顿运动定律成立与否。根据伽利略相对性原理，和一个惯性系保持相对静止（或相对匀速直线运动状态）的参考系也是惯性系。

相对惯性系作等速直线运动的任何参考系都是惯性系，因为在这些参考系中牛顿运动定律都成立；这意味着，在相对惯性系作等速直线运动的任何参考系中，力学规律的表达形式都一样。

从另一个角度来看，任何一个惯性系中所作的任何力学实验都无法测定惯性系本身的速度。例如，在等速直线运动着的船上与在地面上的力学规律的表达形式完全相同。所有的惯性参考系都是等效的。

例如，在一个封闭的系统中，不论进行怎样的力学实验，都不能判断一个惯性系统是处于静止（或是在作等速直线运动）状态。

2非惯性系的逻辑

非惯性系（非惯性参考系）是指相对于地面惯性系做加速运动的物体。在非惯性系中，牛顿第一定律并不成立。

第一种情况，平动加速系是指相对于惯性系作变速直线运动，但是本身并没有转动的物体。

例如，在平直轨道上加速运动的火车。

第二种情况，转动参考系是指相对惯性系转动的物体。例如，在水平面匀速转动的转盘。

3物理学的概念

牛顿力学与参考系有关，体现为伽利略变换；而相对论与参考系无关，体现为洛伦兹变换；两者体现为二套完全不同的逻辑体系。

狭义相对论的边界条件是，惯性系及平直时空。光速（不变）是指光子内禀的信号速度保持不变（与参考系无关，体现为洛伦兹变换）。

由于光子具有内禀的横波属性，光子相对于光源的速度（光子离开光源的瞬间）体现为光子的信号速度（与光源的运动速度无关）。

声音在空气里的传播速度保持不变；这意味，声音（不变）是空气内禀的信号速度（与参考系无关，体现为洛伦兹变换）。空气中的声速是空气的内禀属性，空气中的声速与声源的运动速度无关。

这意味着，声源的运动速度有可能超过空气中的声速；体现为超音速（声源的运动速度超过空气中的声速）。

值得注意的是，牛顿力学与参考系有关，体现为伽利略变换。这意味着，相对速度与参考系有关（ 体现为伽利略变换）。

麦克斯韦电磁学与参考系无关，这意味着光子的信号速度是光子的内禀属性（体现为洛伦兹变换）。

狭义相对论假设光速在不同的参考系下都是一样的；推导出来的新公式都跟光速有联系（例如，时间、长度、质量及能量等）；狭义相对论的效应就是指运动物体的时间变慢，长度缩短及质量增加等。

假如电梯垂直自由下落，如果有一个人在电梯里自由落体，则他是感受不到重力（在电梯里悬浮）。

根据量子三维常数理论，该人体现为空间荷属性；

量纲，<[L^(3)T^(0)]>*<[L^(3)T^(-3)]>。

电梯自由下落是引力引起的，这意味着，引力场与加速度具有内在联系。换句话说，局部引力场中自由下落的参考系与无引力场的惯性系，是不可能区分的（等效原理）；都体现为空间荷属性。

具体来说，如果悬浮在电梯里，你从电梯里面是完全无法区分是悬浮在太空里（惯性系），还是在一个自由落体运动的电梯里（有地球引力的非惯性系）。

物质告诉时空怎么弯曲，而时空告诉物质怎么运动。然后，物体在这个弯曲的时空里继续做他们的惯性运动。这意味着，万有引力与时空的曲面曲率有关。

量纲，{<[L^(3)T^(0)]>*<[L^(1)T^(-3)]>}* <[L^(2)T^(0)]>。

根据广义相对性原理，物理规律在所有参考系中都具有相同的形式。非惯性系中存在惯性力（例如转动圆盘上的惯性离心力及科里奥利力）。牛顿的水桶实验（理想实验）论证了存在有绝对的空间。

质量与空间荷及空间荷的振动频率有关；物质（荷及相应的场组成）是客观存在的，不生不灭。

物体的质量与它的惯性成正比，质量是物体惯性的量度，体现为惯性质量。引力质量就是惯性质量。

更进一步来说，当观测者感到自己与升降机内的一切物体都处于失重状态时，他同样无法断定自己处在下列两种情况中的哪一种：

第一种情况，升降机在引力场中自由下落；第二种情况，升降机在无引力的太空中作惯性运动。

这意味着，处于失重状态时，观测者与升降机内的一切物体都体现为空间荷属性。无法用任何物理实验来区分引力场及惯性场。

由于引力起源于质量，时空弯曲与物质的存在及运动有关；万有引力与时空的曲面弯曲率有关。