参考系

参考系是研究一切物理的基础工具，也是研究一切科学的一个基础工具。就好比我们要量长度，就得选择尺子一样。在一般情况下，我们可以选择厘米尺、分米尺、米尺……在大尺度测量上用光年作为尺度。在微观尺度上用纳米、皮米等，我们会因测量的不同选择合适的尺子。在研究物理学时，我们最长用的就是选择相应的参考系，参考系就是物理研究的“尺子”。而物理学上，是不是只有一把“尺子”呢？并不是，因研究的范围不同，所选择的“尺子”----参考系也不同。我们来看看有哪些参考系？

首先，我们在纸上画一根带箭头的横轴，标上“0”点和长度，就成了一维图。如果我们要研究一个圆球的运动情况 ，圆球如何从 A 点运动到 B点，我们将圆球简化成一个质点，成为一个0 维的点，放置在一维数轴的 ^∗0^∗ 点上，质点经过时间 T 便到达点 ΔB 。若要知道时间，只要用路程除以速度就能得到。在这里，我们把三维的圆球简化成 0 维的点，将四维的运动简仕成一维的轴。将三维球的四维运动简化成0 维的点在一维的轴线上运动。但是我们想过没有，这个参考系是我们简化了的理想模型，也是绝对参考系。如果我们在一维的数轴上画一条与之垂直并经过“0”点，上方带箭头的轴，并标上相等的长度，这就成了二维的平面，就是二维参考系。假如我们要研究圆球在二维平面上的运动情况，也同样可以将圆已求简仕成 0 维的点，将圆球简化的质点放置于 ⋅₀⋅⋅ 点上，在 x 轴上所取的长度为路程，也可以按 0 维的点在一维的数轴上运动的方法进行计算。在这些参考系中我们选择的参照背景是纸面，是绝对静止的，我们选择的量也是参照纸面作的绝对量。在这样的环境中进行计算的量便符合绝对值的量，即数学计算的结果。它的计算结果符合绝对值的量，只有在这样的理想模型中，在这样的“绝对静止”的参考系中，才完全符全数学计算的绝对结果。数学计算必须要在理想环境中才成立。而现实世界的物质都在运动，测量结果都会有误差，越接近理想模型的计算结果就越准确。

在实践中，要想知道一个物体的运动情况，就得选择一个物体作为参照物。当一个物体与所选参照物同时向一个方向等速运动，我们便说这两个物体是相对静止的。要研究一个物体的真实运动情况，就得选一个绝对静止的物体。我们知道，我们已经在纸面上选择了一个绝对静止参考系，再找到一个绝对静止的物体就可建立绝对静止坐标系，但是让我们失望的是世界上的一切物质都在运动，假定永远不动的“以太”经实验验证也是不存在的。我们在纸面上建立绝对参考系，纸面背景与绝对参考系建立起了绝对静止参考系。它是一种抽象的、理想的，相对来说是“绝对静止”的，因为纸张随地球在一起转动。当我们把纸面背景下的绝对参考系移到实践中来，我们是找不到一种物体是绝对静止的，于是我们又有了一种参考系----四维参考系。

在三维立体坐标系中，纯三维静态立体是不存在的。在实验里可以展示近似于三维的动态实验:我们拿一张纸，这张纸我们把它看作是二维的，(实际上纸是有厚度的)。用一根带箭头的线垂直穿过纸面并留在其中，我们选择纸面与带箭头直线相交处为“0”点坐标，在箭头一侧线段上取一点A，将纸从“0”点移动到 A 点，用公式:路程除以速度等于时间，就能得到直观的时间。纸面从“0”点移动到A 点就是直观展示三维中的时间维度。如果是三维圆球呢？我们同样把三维立体简化成一个质点并放在“0”点坐标上，在一维的直线上运动。用公式:路程除以速度等于时间。同样可以用物体的运动直观展示时间。如果圆球不运动就没时间吗？不是，时间的流逝在量子层面了。在上面实验里我们是把纸张看成二维的，而实际上纸是有厚度的，“二维”的纸面加上一维的厚度也成了三维，只是纸张厚度这一维度的维度线，与纸张运动方向相同并且是重合的，因此三维运动中的横轴承担着空间维度和运动展示的时间维度双重作用。我们画一个图，在静态立体XYZ中添加一根轴 W，就成了ⅩYZW 四维图，如果我们使 W 轴与Ⅹ轴重合，使Z 轴离Ⅹ轴“45 度”的地方的地方，其实是调个方位看XYZW 轴四维图，YZW 轴构成三维立体，X 轴是运动展示的时间。世间一切物质都在运动，因此我们看到的世界是四维的运动物质世界。那么纸张、圆球不动就没有时间了吗？上例中是运动物质直观展示时间的，不动的纸张圆球经历时日也会变腐朽，这时的时间在量子尺度上，并非直观运动那么明显。量子之间的相互作用力变弱或消央也是要时间的。时间轴是我们用运动展示时间的工具，而我们看到的四维世界是物质在时间里的运动结果，而我们把光速世界里的物质与运动理解成四维世界是不完全正确的。

除了以上参考系，还有相对论参考系和量子纠缠考系。相对论参考系是用来理解相对论的。相对论参考系是中间带虚线的Ⅹ轴，在 X 轴两头实线部分的同一平面上画两条方向相同的带箭头的 y 轴，即 Y↓0 和 Y↓光速轴。物体在加速度下，要多少时间能达到光速，这由物体的加速度决定的。当物质达到光速时进入光速参考系，原来的 0 点参考系失效。只有在物质有加速度时，才有光速参考系。若物体匀速运动时，光速参考系退行至无穷远。在物质有加速度时，Y↓光速 参考系与物质运动成反向等比移动。当Y↓光速 参考系运行到与物质参考系重含时，则物质运动至光速。根据推理，当物质达到光速，物质会分解成一道光屏。

量子纠缠参考系自然是用来理解量子纠缠的。它是由一根中间带虚线右方带箭头的轴，在两头实线部分同一平面各画一根带箭头的 Y 轴，即Y↓0↑′ 轴与 Y↓0 轴。当量子自纠缠时，Y↓0 轴与 ΔY↓0↑^′ 轴重金。0 点与 0↑^′ 点重合。量子纠缠是一个极其对称的量子关系，因此当测量到一个量子的方向，就一定知道与之纠缠的量子的方向刚好相反。

相对论参考系与量子纠缠参考系都有很强的自参性。我们举个例子:地上有一列火车在飞驰，天上有一只乌鸦在飞。火车与乌鸦之间的相互作用力几乎为 0。乌鸦不从这里飞，火车一样在飞驰。火车不从这里过，乌鸦一样飞翔。只是乌鸦与火车同时选了地面为参照物。如果没有地球，火车能跑吗？乌鸦能飞吗？火车进站是减速运动，有地面为证(参照物)。火车出站就会产生加速度，就会产生钟慢尺缩效应，而这时建立的参考系是以地面为证(参照物)。如果火车持续加速，钟慢尺缩效应也会持续增加。在这个参考系中，相对性只是火车下一刻的速度是上一刻速度加上加速度的和，而地面只是作了一个证(参照物)而已。如果这时火车上刚好有一把尺子，火车又在加速运动，火车上的桌子也会在火车运动方向上发生尺缩效应。尺子随同火车一起运动，处于相对静止状态，尺子也发生了等效的尺缩，这叫等效原理。这时尺子量得的桌子长度和火车静止时量得的桌子长度是一样的。那么尺缩效应是如何产生的呢？火车在加速飞驰，尺子相对于地面是静止的。火车在加速运动，火车上的桌子发生了尺缩效应，而尺子没有发生尺缩效应。这时用这把尺子测得火车上桌子的长度比静止时要短。相对性只是加速运动的物体在这一刻的速度相对于上一刻是上一刻的速度加上加速度，才产生了相应的物理效应，这就是运动物体的自参性。而地面只是在旁作证上一刻的速度和下一刻的速度是多少。如果不选一个参照物作证，便无法确定物体处于运动状态还是静状态。

参考系正是在这样的理论基础上建立起来的，如果参考系没建立好，便无法正确理解物质的实际运动情况。

张德春，男，汉，1976 年2 月生，四川宜宾人，高中，农民，研究方向：兴趣爱好。