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参考さんこうけい

よう測量そくりょう物理ぶつり量的りょうてきすわしるべけい

参考さんこうけいまたたたえ参照さんしょうけいもとじゅんけいすわ标系参考さんこうすわひとしざい物理ぶつりがく中指なかゆびよう測量そくりょうなみ記錄きろく位置いちていむかい以及其他物體ぶったい屬性ぞくせいてきすわしるべけいあるゆびあずか觀測かんそくしゃてき運動うんどう狀態じょうたい相關そうかんてき觀測かんそく參考さんこうけいまたあるどうゆび兩者りょうしゃ

各種かくしゅ參考さんこうけい

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參考さんこうけいゆう許多きょたしゅ所以ゆえんざいひっさげいた參考さんこうけい常會じょうかいざい前面ぜんめんじょう指定していいちしゅ參考さんこうけい,如ふえ卡儿坐标系ひと們也かい指定してい參考さんこうけいてき屬性ぞくせい旋轉せんてん參考さんこうけい強調きょうちょう參考さんこうけいてき運動うんどう狀態じょうたいとぎりゃく參考さんこうけい強調きょうちょうけいあずかけいあいだてき變換へんかんほう,而宏かんあるほろかん參考さんこうけいのり強調きょうちょう參考さんこうけいてき尺度しゃくど大小だいしょう[註 1]

ざい本條ほんじょうちゅう,「觀測かんそくしゃ參考さんこうけい強調きょうちょうてき運動うんどうてき狀態じょうたい,而非ぼうしゅ特定とくていすわしるべけいてき選擇せんたくあるよう觀測かんそくてき。這種よう法能ほうのう研究けんきゅう觀測かんそくしゃてき運動うんどう對坐たいざしるべけいてき影響えいきょう無論むろん觀測かんそくしゃ使用しようてきすわしるべけいいちしゅ。另一方面ほうめんとう觀測かんそくしゃてき運動うんどう狀態じょうたいなみ主要しゅようてきはりたいてん不同ふどうてき參考さんこうけいのう利用りよう不同ふどう系統けいとうてき對稱たいしょうせいらい簡化計算けいさんてき過程かていさら廣義こうぎてきらいせつ許多きょた物理ぶつりがくちゅうてき問題もんだいよういた廣義こうぎすわしるべじつたいある特徵とくちょうむこうりょう,這些都和つわ時間じかん空間くうかんぼつゆう直接的ちょくせつてき關係かんけいしたぶんいん此有必要ひつようぶんひらき敘述各種かくしゅ參考さんこうけい觀測かんそくしゃ參考さんこうけいすわしるべけい觀測かんそく作為さくい獨立どくりつてき概念がいねんらい,如下:

  • 觀測かんそくしゃ參考さんこうけい(如慣性かんせい參考さんこうけいある慣性かんせい參考さんこうけいあずか運動うんどう狀態じょうたいゆうせきてき物理ぶつり概念がいねん
  • すわしるべけいためいち數學すうがく概念がいねんよう於描じゅつ物理ぶつり問題もんだいいちしゅげん[註 2]所以ゆえんざい一個觀測者參考系中的觀測者可以選用各種各樣的坐標系(ふえ卡爾すわしるべけいごくすわしるべけい曲線きょくせんすわしるべけい廣義こうぎすわしるべけいとうとうらい描述したがえ參考さんこうけいちゅう觀測かんそくいたてき現象げんしょうすわしるべけいてき改變かいへんなみ影響えいきょう觀測かんそくしゃ本身ほんみてき運動うんどう,也就かい影響えいきょう這個觀測かんそくしゃてき觀測かんそくしゃ參考さんこうけい[4]ぼう一些坐標系比另一些更適合描述特定的物理問題,ざいどういち觀測かんそくしゃ參考さんこうけいちゅう以任せん其一。
  • たいりょうある觀測かんそく工具こうぐてき選擇せんたく獨立どくりつ觀測かんそくしゃてき運動うんどう狀態じょうたい其選ようてきすわしるべけい

すわしるべけい

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觀測かんそくしゃOくらいいちくみすわしめぎ參照さんしょうけいFてき原點げんてん。該參照さんしょうけい使用しようてき本地ほんじすわしめぎ(x, y, z, t)らい表示ひょうじ時空じくう事件じけん(以星がた表示ひょうじ)。

すわしるべ」一詞的意義有時是非專業性的(特別とくべつざい物理ぶつりがくちゅう),しか而它ざい數學すうがくちゅう具有ぐゆうじゅんかくてき意義いぎ

數學すうがくちゅうてきすわしるべけいいち幾何きかがく代數だいすうがくもちいいたてき概念がいねん[5][6]一般いっぱん作為さくいながれがたてきいちしゅ特性とくせい(如物理學りがくちゅうてきがた空間くうかんあい空間くうかん[7][8]いちてんrざいn維空あいだちゅうてきすわしるべひょうたち方式ほうしきためnもとくみ[9][10]

 

ざい廣義こうぎてきともえ拿赫空間くうかんなか,這些數字すうじのう夠是しょでん立葉たてば級數きゅうすうとう函數かんすう展開てんかいしきちゅうてきけいすうざい物理ぶつり問題もんだいちゅう,它們以是時空じくうすわしるべあるじつたい振幅しんぷく當用とうようざい機器ききじん設計せっけい,它們以是相對そうたい旋轉せんてんてき角度かくど直線ちょくせんひらめうつある關節かんせつてき變形へんけいとう[11]ざい此我們假設かせつ這些坐しるべのう夠以ふえ卡爾すわしるべけいなかてきいちくみ函數かんすう表示ひょうじ

      

其中   ひとしひとしため該點てき ふえ卡爾すわしるべすうきゅうてい這些函數かんすう定義ていぎすわしるべめんため以下いか關係かんけい

  常數じょうすう     

這些めんてきしょう交處定義ていぎためすわしるべせん在任ざいにんなんいちてんじょうあずかあい交的すわしるべせんしょうきりてき所有しょゆう切線せっせん組成そせいいちくみざいいちてんてきもとむこうりょう 。也就[12]

 

這能夠歸いちため單位たんいちょう

すわしるべめんすわしるべせん以及もとむこうりょう組成そせいいちすわしるべけい[13]。如果もとむこうりょうざいまい一點上都兩兩正交,のり該坐しるべけいたたえためせい交坐しるべけい

すわしるべけいちゅう一個重要的方面在於其度量どりょう ,它在すわしるべけいちゅう以一組坐標表達ちょう [14]

 

なみもとめ所有しょゆうじゅうふくてき索引さくいん

根據こんきょじょうぶん以看參考さんこうけい其實いち數學すうがく模型もけいぞく公理こうり系統けいとうてきいち部分ぶぶん參考さんこうけい和物あえものたい運動うんどう實際じっさいじょうなみぼつゆう關係かんけいただしざいじょう時間じかん作為さくいまたいちすわしるべ,它就のう夠描じゅつ運動うんどう所以ゆえんらくりん變換へんかんとぎりゃく變換へんかん以被ためすわしるべ轉換てんかん

觀測かんそくしゃ參考さんこうけい

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狹義きょうぎ相對そうたいろんちゅうてきさん參考さんこうけい黑色こくしょくてきため靜止せいしてきおび撇號てき參考さんこうけい以光そくてき40%速度そくど運行うんこうおび兩個りゃんこ撇號てきのり以光そくてき80%運行うんこう注意ちゅういとう速度そくどひさげますすわしるべせんてい剪刀じょう變動へんどう

觀測かんそくしゃ參考さんこうけいある一般只稱為參考系,あずか觀測かんそくしゃ以及其運動うんどう狀態じょうたい相關そうかんてき物理ぶつり概念がいねんざいほん文中ぶんちゅうしょゆびてきただ運動うんどう狀態じょうたいゆうせきてき參考さんこうけい[15]にん們對此觀てんなみ无共識。ざい狹義きょうぎ相對そうたいろんちゅう,「觀測かんそくしゃかず參考さんこうけい一般いっぱんゆう分別ふんべつてき。這一觀點かんてんみとめため參考さんこうけい觀測かんそくしゃじょう一個右手正交坐標系,該坐しるべけいよし一組正交的空間向量和與其垂直的一個時間向量組成[16]本文ほんぶんなみ使用しよう這種狹義きょうぎてき觀點かんてん[17][18]ざい廣義こうぎ相對そうたいろんなか廣義こうぎすわしるべけいてき使用しよう很常てきまいり獨立どくりつ球體きゅうたい外的がいてき引力いんりょくじょうてきふみかわら西にしかい[19])。

觀測かんそくしゃ參考さんこうけいゆうりょうたね慣性かんせいあずか慣性かんせい參考さんこうけい慣性かんせい參考さんこうけいちゅうてき物理ぶつり定律ていりつしょ於最ため簡單かんたんてき形式けいしきざい狹義きょうぎ相對そうたいろんなか,這種參考さんこうけい通過つうからくりん變換へんかん相互そうご變換へんかん,其參すうためこころよたびざいうしひたぶる力學りきがくちゅう慣性かんせい參考さんこうけい定義ていぎためうしひたぶるだいいち定律ていりつ必須ひっす成立せいりつてき參考さんこうけい,也就ざい這種參考さんこうけいちゅうてき自由じゆう粒子りゅうしよう麼以直線ちょくせんつねそく運行うんこうよう保持ほじ靜止せいし。它們あいだとぎりゃく變換へんかん互相轉換てんかん

あずかこれ相對そうたいてき是非ぜひ慣性かんせい參考さんこうけいとうなかてき物理ぶつり現象げんしょう必須ひっすよういた假想かそうりょく才能さいのう解釋かいしゃく。其中一個例子為位於地球表面的參考系。該參考さんこうけい圍繞いじょう地球ちきゅう中心ちゅうしん旋轉せんてんいん造成ぞうせいいち系列けいれつてき假想かそうりょく,如さとおくりょくはなれ心力しんりょく引力いんりょく。(這些りょく包括ほうかつ引力いんりょくざい內,みやこただしざい真正しんせいてき慣性かんせい參考さんこうけい——自由じゆう落體らくたい——ちゅう存在そんざいてき。)

りょう

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參考さんこうけいてき其中いち方面ほうめんざい於,あずか參考さんこうけいじょうてきりょうゆうせきてき(如鐘あるちょう桿等)到底とうてい具有ぐゆう甚麼いんもさまてきかくしょく本文ほんぶん討論とうろん這一問題もんだい,而這ざい量子力學りょうしりきがくちゅう牽涉いた觀測かんそくしゃあずか測量そくりょうあいだ關係かんけいてきいち課題かだい

ざい物理ぶつり實驗じっけんちゅう實驗じっけんしつりょう靜止せいししょてき參考さんこうけいたたえため實驗じっけんしつ參考さんこうけいぼう實驗じっけんちゅうてき實驗じっけんしつ參考さんこうけい慣性かんせい參考さんこうけい,而另いち些則(如在地球ちきゅう表面ひょうめんてきだい部分ぶぶん實驗じっけんしつ是非ぜひ慣性かんせい參考さんこうけい)。ざい粒子りゅうし物理ぶつりがくちゅう,一個常見的做法是把實驗室參考系中的能量與動量轉換到しつしんけいなか,這樣以簡計算けいさん過程かてい

ざい思想しそう實驗じっけんちゅうよういたてきかねあるちょう桿等觀測かんそくしゃてきりょうざい實際じっさい實驗じっけんちゅう非常ひじょう複雜ふくざつてきだいしたがえ而間接地せっち做出測量そくりょうてき。這些器用きよういた真空しんくうてき屬性ぞくせい,其原子げんしがね根據こんきょ標準ひょうじゅん模型もけいうんさく時間じかん必須ひっす根據こんきょ引力いんりょく時間じかん膨脹ぼうちょう做出調整ちょうせい[20]

其實,あいいん斯坦みとめためがねちょう桿應該由さら基礎きそてき物體ぶったいだい,如原子げんし分子ぶんしとう[21]

慣性かんせい參考さんこうけい

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りょう輛車以不同ふどうてき勻速移動いどうSため固定こていざい路面ろめんてき慣性かんせい參考さんこうけい,而S'ため固定こていざいだい一輛車上的慣性參考系。

りょう輛車以不同ふどうてき勻速ざい路面ろめんぎょう駛()。ざいぼういちきざめ,它們間隔かんかく200まい前方ぜんぽうてき輛車以每秒まいびょう22まいてき速度そくどぎょう駛,ずいてき輛車以每秒まいびょう30まいてき速度そくどぎょう駛。よう計算けいさんだい二輛車在多久後會趕上第一輛車,わが們可以使用しようさん參考さんこうけいてき其中いち

くびさきわが們可以從路邊ろへん觀測かんそくりょう輛車。定義ていぎ路邊ろへんてき參考さんこうけいためS計時けいじざいだい二輛車經過路邊觀測者時開始,這時りょうくるましょうd = 200 m。りょう輛車以勻そく運行うんこう所以ゆえんわが們可以用以下いかてき公式こうしきひょうじゅつ它們てき位置いちx1(t)ためだいいち輛車ざい時間じかんtびょうてき位置いち,而x2(t)ためだい輛車ざい時間じかんtびょうてき位置いち

 

當時とうじあいだためt = 0 sだい一輛車位於200まいしょ,而第輛車位置いちためれい,這符合ふごう實際じっさい情況じょうきょうわが們要しつらえx1 = x2なみもとむt

 
 
 

あるものわが們可以選擇せんたく於第いち輛車じょうてき參考さんこうけいS'。ざい這個參考さんこうけいうらだいいち輛車靜止せいしてき,而第二輛車跟隨在後,速度そくどためv2v1 = 8 m/s。趕上まえ一輛車所需的時間為 ,也就25びょう同上どうじょう使用しよう這個參考さんこうけいじょう一個參考系簡單得多。だい三種さんしゅ做法くらい於第輛車じょうてき參考さんこうけい。這和以上いじょうてきれい相似そうじただし這次だい輛車ため靜止せいし,而第一輛車以每秒8まいてき速度そくどこう後退こうたい

另外わが們也使用しよう旋轉せんてんある加速かそくてき參考さんこうけいただし這樣かい必要ひつよう問題もんだい複雜ふくざつりょう。值得注意ちゅういてき在任ざいにんなん參考さんこうけいちゅう作出さくしゅつてき測量そくりょう換算かんさんなり其他てき參考さんこうけい

備註

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以上いじょうてきれいさくりょういち假設かせつ如牛ひたぶる使用しようてき世界せかいいん兩個りゃんこしょう互以高速こうそく勻速運動うんどうてきかねてき時間じかんりゅう逝率永遠えいえんいちようてきみとめためいち參考さんこうけいちゅうてき時間じかんりゅう逝率おう該和所有しょゆう其他參考さんこうけいちゅうてきいちよう。也就せつ所有しょゆう參考さんこうけいてき時間じかんりゅう逝率都和つわ一個絕對的世界時相同,なみけつ參考さんこうけいてき位置いちそくりつあいいん斯坦於1905ねんざいてき狹義きょうぎ相對そうたいろん中延なかのぶしんりょう這一概念がいねんなみ假設かせつ所有しょゆう物理ぶつり定律ていりつざい所有しょゆうてき慣性かんせい參考さんこうけいちゅうしょうどう包括ほうかつこうざい真空しんくうちゅうてき速度そくど),ざい這種原理げんり參考さんこうけいあいだてき變換へんかん方法ほうほうたたえためらくりん變換へんかん

另外,慣性かんせい參考さんこうけいてき定義ていぎなみ局限きょくげんさんおう幾里いくさととく空間くうかんうしひたぶる所用しょようてきため簡單かんたんてきおう幾里いくさととく空間くうかんただし廣義こうぎ相對そうたいろんのりよう一種更為廣義的幾何。就拿橢球體きゅうたいてき幾何きかためれい,其中てき自由じゆう粒子りゅうし定義ていぎため沿著測地そくちせん勻速移動いどうある靜止せいし不動ふどう兩個りゃんこ自由じゆう粒子りゅうし以在表面ひょうめんじょうてきどういちてん開始かいし,以勻そくこう不同ふどう方向ほうこう運行うんこう一段いちだん時間じかん兩個りゃんこ粒子りゅうしかいざい球體きゅうたいてき另一邊會和相撞。粒子りゅうしひとし以勻そく運行うんこう符合ふごうぼつゆう外在がいざいほどこせりょくてき定義ていぎぼつゆう加速度かそくど,也就符合ふごうりょううしひたぶるだいいち定律ていりつよし此這兩個りゃんこ粒子りゅうし於慣せい參考さんこうけいとうなか。它們最後さいごてきしょう撞是橢球體きゅうたいてき幾何きか造成ぞうせいてき類似るいじにん現在げんざいしょうしん存在そんざいいちしゅたたえため時空じくうてきよん維幾なに,而這しゅ幾何きかのう解釋かいしゃくため甚麼いんも兩個りゃんこゆう質量しつりょうてき物體ぶったいざいぼつゆう外力がいりょくてき情況じょうきょうかい互相もたれちか時空じくうてききょくりつだいりょううしひたぶる力學りきがく狹義きょうぎ相對そうたいろんちゅうてき引力いんりょく

慣性かんせい參考さんこうけい

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慣性かんせい參考さんこうけい慣性かんせい參考さんこうけいあいだてき分別ふんべつざい於,ざいもちいいた慣性かんせい參考さんこうけい必須ひっすよういた假想かそうりょく

加速かそく參考さんこうけい一般いっぱん以撇ごう標記ひょうき所有しょゆうあずか相關そうかんてき變量へんりょう以撇ごうx'、y'、a'とう

ぼう慣性かんせい參考さんこうけい慣性かんせい參考さんこうけいあいだてき距離きょり一般いっぱんためR同時どうじ存在そんざい兩個りゃんこ參考さんこうけいちゅうてき任意にんいてんしたがえ慣性かんせい參考さんこうけい原點げんてん指向しこう該點てきこうりょうちょうためr,而從慣性かんせい參考さんこうけい原點げんてん指向しこう該點てきこうりょうちょうためr'。以下いかてき關係かんけい成立せいりつ

 

一階及二階導數後得:

 
 

其中VA分別ふんべつため相對そうたい慣性かんせい參考さんこうけいてきそくりつ加速度かそくど,而va分別ふんべつため相對そうたい慣性かんせい參考さんこうけいてきそくりつ加速度かそくど

利用りよう這些公式こうしきわが們能夠在りょうたね參考さんこうけいあいだ變換へんかん如,うしひたぶるだい定律ていりつ現在げんざい以寫さく

 

とうしたがえ旋轉せんてん參考さんこうけいとう加速かそく參考さんこうけいらい慣性かんせい表現ひょうげんためいちしゅりょく旋轉せんてん參考さんこうけい中有ちゅううはなれ心力しんりょく及與垂直すいちょく物體ぶったい移動いどうみちてきさとおくりょく)。

其中一種常見的加速參考系為同時旋轉並平移的參考系(如固定こていざい搬動なみうん作中さくちゅうてき播放うらてきひかり碟上てき參考さんこうけい)。如此てき參考さんこうけいゆう以下いかてきかたほど

 

あるもとめ相對そうたい加速かそく參考さんこうけいてき物體ぶったい加速度かそくど

 

兩邊りょうへんじょう以質りょうmとく

 

其中

 おうひしげりょく
 さとおくりょく
 はなれ心力しんりょく

常用じょうようてき特定とくてい參考さんこうけい

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まいり

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ちゅう

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  1. ^ れい如在電磁でんじがくうら不同ふどう時間じかんあずかながたび尺度しゃくどてきほん關係かんけいよう判斷はんだん代入だいにゅうむぎかつ斯韋かたほどぐみてき電流でんりゅうあずか電荷でんかてきりょう[1]。這些ひろしかんあずかほろかん參考さんこうけいてき分別ふんべつざいねつ力學りきがくなか也有やゆう出現しゅつげん[2]
  2. ^ ざい數學すうがくちゅうさい廣義こうぎてきすわしるべけいふくぐんちゅうxi = xi (t)てき集合しゅうごうLev Semenovich Pontri͡agin. L.S. Pontryagin: Selected Works Vol. 2: Topological Groups 3rd Edition. Gordon and Breach. : 429 [2013-02-08]. ISBN 2-88124-133-6. (原始げんし内容ないようそん于2017-01-07). 抽象ちゅうしょうせつ,n維空あいだちゅうてきすわしるべけい定義ていぎためいちくみもとこう量的りょうてき集合しゅうごう{e1, e2,… en} [3]よし此,すわしるべけいいち數學すうがくちゅう建立こんりゅうてき概念がいねんゆう時候じこうただし一定和物體的實際運動有直接的關係。

参考さんこう文献ぶんけん

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  1. ^ Kurt Edmund Oughstun. Electromagnetic and Optical Pulse Propagation 1: Spectral Representations in Temporally Dispersive Media. Springer. 2006: 165 [2013-02-08]. ISBN 0-387-34599-X. (原始げんし内容ないようそん于2017-01-07). 
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  7. ^ According to Hawking and Ellis: "A manifold is a space locally similar to Euclidean space in that it can be covered by coordinate patches. This structure allows differentiation to be defined, but does not distinguish between different coordinate systems. Thus, the only concepts defined by the manifold structure are those that are independent of the choice of a coordinate system." Stephen W. Hawking & George Francis Rayner Ellis. The Large Scale Structure of Space-Time. Cambridge University Press. 1973: 11 [2013-02-08]. ISBN 0-521-09906-4. (原始げんし内容ないようそん于2017-01-07).  A mathematical definition is: A connected Hausdorff space M is called an n-dimensional manifold if each point of M is contained in an open set that is homeomorphic to an open set in Euclidean n-dimensional space.
  8. ^ Shigeyuki Morita, Teruko Nagase, Katsumi Nomizu. Geometry of Differential Forms. American Mathematical Society Bookstore. 2001: 12 [2013-02-08]. ISBN 0-8218-1045-6. (原始げんし内容ないようそん于2017-01-07). 
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  13. ^ Wilford Zdunkowski & Andreas Bott. Dynamics of the Atmosphere. Cambridge University Press. 2003: 84 [2013-02-08]. ISBN 0-521-00666-X. (原始げんし内容ないようそん于2017-01-07). 
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  17. ^ For example, Møller states: "Instead of Cartesian coordinates we can obviously just as well employ general curvilinear coordinates for the fixation of points in physical space.…we shall now introduce general "curvilinear" coordinates xi in four-space…." C. Møller. The Theory of Relativity. Oxford University Press. 1952: 222 and p. 233. 
  18. ^ A. P. Lightman, W. H. Press, R. H. Price & S. A. Teukolsky. Problem Book in Relativity and Gravitation. Princeton University Press. 1975: 15 [2013-02-08]. ISBN 0-691-08162-X. (原始げんし内容ないようそん于2017-01-07). 
  19. ^ Richard L Faber. Differential Geometry and Relativity Theory: an introduction. CRC Press. 1983: 211 [2013-02-08]. ISBN 0-8247-1749-X. (原始げんし内容ないようそん于2017-01-07). 
  20. ^ Richard Wolfson. Simply Einstein. W W Norton & Co. 2003: 216 [2013-02-08]. ISBN 0-393-05154-4. (原始げんし内容ないようそん于2017-01-07). 
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外部がいぶ連結れんけつ

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