全球定位系统(GPS)中的广义相对论效应及其对系统(9)

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

物质分布。

Einstein的等效原理对于惯性问题给了一个解答，既不同于Newton的绝对空

间，也不完全与Mach的结论一致。Einstein的等效原理必须用狭义相对论的语言来陈述，下面就简单谈谈狭义相对论的历史。

1864年，JamesClarkMaxwell(1831--1897)提出电动力学理论，但是显然

不满足Galileo相对性原理。例如Maxwell方程预言，真空中的光速是一个普适常数c，但如果它在一个坐标系(xi,t)中是正确的，那么它在由Galileo变换所定义的运动坐标系(xi¢,t¢)中将是不正确的。Maxwell本人设想电磁波由媒质（光学以太）运载着[2]，所以他的方程只成立于一种限定的Galileo惯性系，也就是相对于以太静止的坐标系中。

尽管地球相对于太阳有30公里/秒的速度，相对于银河系中心有大约200公

里/秒的速度，然而测量地球相对于以太的速度的所有尝试都失败了[3]。最重要的实验是由AlbertAbrahamMichelson(1852--1931)与E.W.Morley所做的[4]，他们在1887年证明，沿着地球轨道运动运动的方向和与之垂直的方向传播的光速是相同的，误差小于5公里/秒。这个结果改后来善到约[5]为1公里/秒。

实验家们探测地球穿过以太运动效应的不断失败，引导理论家们，包括George

FrancisFitzgerald，HendrikAntoonLorentz与JulesHenriPoincaré[6]提出为什么这种“以太漂移”效应在原则上不可能观察到的理由。看来特别是Poincaré和Lorentz已经看见这将给力学带来一场革命。但是对于力学和电动力学中相对性问题的广泛解答，是1905年由AlbertEinstein[7](1879--1955)第一次详细提出的。

Einstein建议,用另一种10个参数的时空变换,叫做Lorentz变换,来代替

Galileo变换,可以保持Maxwell方程和光速不变。Newton力学的方程，在Lorentz变换下是不变的；所以，这就引导Einstein修改运动定律使之成为Lorentz不变的。由Maxwell的电动力学与Einstein的力学所组成的新物理学，就满足了新的相对性原理，即狭义相对性原理。这个原理说，一切物理方程在Lorentz变换下不变。

Lorentz变换群并不大于Galileo群。所以，相对性原理并不是起源于狭义相

对论，而宁可说是由于它而得以恢复。在Maxwell以前，可以假设全部物理学在Galileo群下具有不变性。但Maxwell方程在Galileo群下没有不变性。因此在半个世纪之中，似乎只有力学才遵守相对性原理，而电动力学则不然。在Einstein之后，弄清了力学与电动力学的方程都具有不变性，然而是对于Lorentz变换不变，而不是对于Galileo变换不变。由Maxwell和Einstein定形的物理学规律仍然只能在限定的一类惯性参考系中成立，至于是什么决定这些惯性系的问题，在