全球定位系统(GPS)中的广义相对论效应及其对系统(11)

全球定位系统(GPS)中的广义相对论效应及其对系统静态绝对定位方程的修正

1905年，爱因斯坦发表了《论动体的电动力学》[12][13]，“爱因斯坦用他的相

对论发动了物理科学中的一次思想革命”，在这篇论文中，爱因斯坦是这样总结的，“狭义相对论导致了空间和时间物理概念的清楚解释，并且由此认识到运动着的量杆和时钟的行为。它在原则上取消了绝对同时性概念，从而也取消了牛顿所理解的那个即时超距作用概念。它指出在处理同光速相比不是小到可忽略的运动时，运动定律必须加以修改。它导致了麦克斯韦电磁方程形式上的澄清，特别是导致了对电场和磁场本质上同一性的解释。它把动量守恒和能量守恒这两条定律统一成一条定律，并且指出了质量与能量的等效性。”1907年，爱因斯坦又在《关于相对论原理和由此得出的结论》论文中，进一步阐明E mc2[14]的意义。1906年，相对论的最早支持者Plank证明，运动方程可以借助引入拉格朗日函数:

v2 L m0c 1 2 c 2

利用最小作用量原理推出。1907年，担任Plank助教的德国物理学家Laue(1879～1960)运用相对论运动学导出了菲涅耳曳引系数，并解释了菲索实验。1909年美国物理学家Lewis和托尔曼对具有绝对时空观的牛顿力学进行了改造，引入了相对论动量，使动量守恒与能量守恒定律具有了协变形式，为相对论动力学研究奠定了坚实的基础。在这些成果中，最引人瞩目的、也是对广义相对论的建立最具有影响的是Minkowski四维时空的提出。1908年9月21日在科隆举行的第八届德国自然科学家和医生大会上，Minkowski作了《空间和时间》的著名讲演。Minkowski不仅是爱因斯坦以外第一个明确了时空观念的变化，同时还利用他的四维时空给予了相对论理论一个非常优美和简洁的数学形式。他的四维理论在简化了相对论理论体系的同时，也成为狭义相对论向广义相对论过渡的纽带，自然为广义相对论的建立奠定了基础。

但是,狭义相对论有两个明显的缺陷:（1）它依赖于惯性系，并承认它的特殊

地位；（2）它不能包容引力理论。最初，爱因斯坦试图在狭义相对论的理论框架之中，建立一个新的相对论理论，以包容引力。“最简单的作法是当然保留拉普拉斯的引力标量势，并用一个关于时间微分项，以明显的方式来补足泊松方程，使狭义相对论得到满足。”但是，很快地他就察觉到了其中的困难，而且意识到“虽然惯性和能量之间的关系已经如此美妙地从狭义相对论中推导了出来，但是惯性和引力之间的关系却没能得以说明，我猜想，这个关系是不能依靠狭义相对论来说明的。”

在建立相对性引力理论过程中，爱因斯坦、庞加莱及闵科夫斯基最初的尝试

都未能成功，其关键都在于与理论相关的时空结构。