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参考系(又称参照系、参考坐标),在物理学中指用以测量并记录位置、定向以及其他物体属性的坐标系;或指与观测者的运动状态相关的观测参考系;又或同指两者。

各种参考系

参考系有许多种,所以在提到参考系时,常会在前面加上字词指定是哪一种参考系,如笛卡儿坐标系。人们也会指定参考系的属性:旋转参考系强调参考系的运动状态,伽利略参考系强调系与系之间的变换法,而宏观微观参考系则强调参考系的尺度大小[1]

“观测者参考系”强调的是运动的状态,而非某种特定坐标系的选择,或是用于观测的仪器。这种用法能够研究观测者的运动对坐标系的影响,无论观测者使用的坐标系是哪一种。另一方面,当观测者的运动状态并非主要的针对点时,不同的“参考系”能够利用不同系统的对称性,来简化计算的过程。更广义的来说,许多物理学中的问题都用到广义坐标、实模态或特征矢量,这些都和时间空间没有直接的关系。下文因此有必要分开叙述各种参考系,把观测者参考系、坐标系及观测仪器作为独立的概念来看,如下:

  • 观测者参考系(如惯性参考系或非惯性参考系)是与运动状态有关的物理概念
  • 坐标系为一个数学概念,是用于描述物理问题一种语言。所以,在一个观测者参考系中的观测者可以选用各种各样的坐标系(笛卡尔坐标系、极坐标系曲线坐标系、广义坐标系等等)来描述从该参考系中观测到的现象。坐标系的改变并不影响观测者本身的运动,也就不会影响这个观测者的“观测者参考系”。某一些坐标系比另一些更适合描述特定的物理问题,在同一个观测者参考系中,可以任选其一。
  • 量度或观测工具的选择独立于观测者的运动状态和其选用的坐标系。

惯性参考系

两辆车以不同的均速在路面行驶[2]。在某一时刻,它们间隔200米。前方的那辆车以每秒22米的速度行驶,随后的那辆车以每秒30米的速度行驶。要计算第二辆车在多久后会赶上第一辆车,我们可以使用三个参考系的其中一个。

视频

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第二讲 对参考系的理解z1409exqs1k

参考文献