惯性运动判据.pdf

Criterionofinertialmotion

刘闯睿1刘函睿1刘新华2

（1，中雅培粹双语中学2，民航湖南空中交通管理分局，长沙；liuxinhua@）

Abstract:Itisgenerallybelievedthatthereisnoeffectivewaytodeterminewhetheramotionisinaninertialstate.Rotationcanbe

detectedthroughtheSagnaceffect.Underthepremiseofspecialrelativity,amethodfordetectingconstanttranslationalacceleration

(actualobjects)isproposedbyconsideringthecharacteristicsofanabsolutelyrigidbody(withoutrotation)duringacceleration.When

therigidbodymoveswithtranslationalacceleration,theaccelerationbetweenpointsalongthedirectionofaccelerationisdifferent.The

differenceliesintherelativedisplacementbetweenfreeparticlesandpointsontherigidbody.Thisrelativedisplacementcanbe

observedinbothinertialandnon-inertialsystems,eveniftheobjectisnotanabsolutelyrigidbodybutanactualobject.Basedonthis,it

canbedeterminedwhetheranobjectisinaninertialmotionstate.

Keywords:inertialmotion,translationalacceleration,rotation,rigidbody,specialrelativity

PACS03.30.+p

牛顿提出了惯性参考系与惯性运动的概念：相对惯性参考系静止或保持速度不变的运动为惯性运动；相

对一个惯性参考系保持相对静止或相对匀速直线运动状态的参考系是惯性参考系。然而，牛顿并没有提出一

个有效的方法判定参考系是否为惯性参考系及一个物体是否处于惯性运动状态。爱因斯坦同样使用了惯性参

考系这个概念，但他同样无法判定惯性运动。

惯性运动包含两个特征，一是没有旋转，一是平动运动状态下没有加速。很多学者从哲学，物理等不度

角度试图找出惯性参考系的判定。马赫提出了马赫桶，用来解释惯性参考系的思维实验。马赫桶的思维实验

对我们理解惯性参考系和相对论的一些基本概念起到了很大的启发作用。它引导我们思考惯性参考系的定

义，以及在相对论框架下，观察者如何判断自己是否处于惯性参考系中[1,2,3,4]。

本文在狭义相对论框架下，通过分析刚体加速运动有特点，得到了物体在没有旋转前提下，平动加速度

是否存在的判定方法。而旋转可以通过Sagnac效应[5,6,7]判定。因此，在相对论的时空观下，有可能对惯性

运动进行判定。

1刚体在无旋转平移加速过程中的特性

刚体是指运动状态改变过程中，其上任意两点的距离保持不变的物体[8,9,10,11]。事实上，不存在绝对的

刚体。我们只是利用刚体这个假想存在的理想物体的性质来推导物体加速时的性质。最终对实际物体是否

有加速进行判定。

1.1对于不旋转的刚体，任何时候均