全球定位系统(GPS)中的广义相对论效应及其对系统(8)

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

些参考系。Newton还描述了一些实验，用来论证它所解释的相对于绝对空间的旋转效应，其中最著名的就是水桶实验：

“如果把一个桶吊在一根长绳上，将桶旋转多次而使绳拧紧，然后盛之以水，

并使桶与水一道静止不动，接着在另一力的突然作用下，水桶朝反方向旋转；因而当长绳松开时，水桶将继续这种运动若干时间；水面最初会与桶开始旋转以前一样是平的；但此后桶逐渐把它的运动传递给水，使它明显地旋转起来，并逐渐离开中心而向桶的边缘升起，形成一个凹面，起初当水在桶中的相对运动最大时，这种相对运动并没有使水产生离开轴心的任何倾向，水没有显示出向四周运动并沿桶壁上升的趋势，而保持着水平。所以它的真正圆运动尚未开始。但是后来水的相对运动减小，水就因此趋向桶的边缘而在那里上升，这证明它是在努力离开转轴；这种努力说明水的真正圆运动在不断增大，一直到水在桶内处在相对静止时达到其最大数量为止……”

Newton关于绝对空间的概念，曾被他的劲敌GottfriedWilhelmvonLeibniz

(1646---1716)所拒绝。Leibniz争辩说，与物质客体相分离的任何空间概念都没有哲学上的必要。对于Newton绝对空间的第一次建设性批评是1880年由奥地利哲学家ErnstMach(1836--1916)发动的。他在《力学发展史》[1]中评论道：

“……旋转水桶实验仅仅告诉我们，水对于桶壁的相对旋转不产生任何显著

的离心力，而它对于地球及其它天体质量的相对转动才产生这种力。没有一个人能断言，如果桶壁的厚度和质量都增加，直到厚达几英里时，这个实验会有什么结果。”

这其中已经包含了Mach原理：认为“地球与其它天体的质量”对于决定惯性

系有若干影响。每个人都可以在星夜进行一个简单的实验，来弄清楚Mach原理所提出的问题。首先站着不动，让你的手臂放松下垂，观测恒星几乎是不动的，而你的手臂几乎垂直向下。然后你旋转身体，恒星看起来就围绕天顶旋转，而同时你的手臂由于离心力而上升。如果你的手背在其中自由下垂的惯性系，恰好就是典型恒星在其中静止的参考系，这样的巧合就实在太惊人了，除非在恒星和你之间有某种相互作用决定着你的惯性系。这个讨论可以作得更准确些。地球表面并不是严格的惯性系，而且地球的自转和公转当然使恒星产生视运动，但是只要用整个太阳系来定义惯性系，就可以消去这些效应。在这个惯性参考系中，观测到星系相对于通过太阳的任一轴的旋转平均小于每百年1 ！

这样，我们面临着不可回避的选择：或是承认存在着Newton绝对时空，它定

义了惯性系，并且典型星系对于它恰好是静止的；或是我们必须相信Mach的主张，即惯性归因于同宇宙平均质量的相互作用。如果Mach是对的，那么由一定的力给予一粒子的加速度应当不仅依赖于恒星的存在，而且也略微地依赖于粒子邻近的