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任何地球上的物体都会受到万有引力的作用,从而产生一个加速度,成为变速运动。
惯性系不存在!
基于一个不存在的东西,推导出来的理论当然就会受到质疑。
这就是狭义相对论的第一个核心缺陷。
此外,根据狭义相对论,任何信息的传递速度不可能超过光速。
但是我们仔细研究万有引力公式就会发现,它并没有限制引力传播的速度。
F=GMm/R。里面并没有涉及到时间参数。
而且牛顿本人就是认为万有引力是瞬时传递的,远远大于光速。
这显然与狭义相对论不符合。
因此,万有引力定律需要改造。
这就是狭义相对论的第二个核心缺陷。
怎么解决呢?
真实历史上,爱因斯坦是从惯性力开始思考的。
首先他自问,引力到底是不是瞬时力?
他认为这不可能,因为不符合狭义相对论。
爱因斯坦对麦克斯韦方程组非常钟爱。
他认为引力的传递也是需要媒介的。
他把这种媒介称为“引力场”,就和电场一样。
既然有了引力场,那么物体所受的引力就等于质量乘以引力场强度。
把它和F=ma一对比,就会自然得到惯性质量和引力质量的比是一个常数。
后来,有物理学家通过实验证明,这个常数是1。
那么就意味着惯性质量和引力质量是相等的。(我们平常说的质量都是指引力质量。)
这可不得了。
当时的所有物理学家都不清楚这种相等背后的本质原理。
他们无法从理论上给出证明。
爱因斯坦也不懂。
不过不懂没关系,爱因斯坦又发挥了他那超级敏锐的物理直觉。
他大胆假设:惯性质量和引力质量是等效的。
即广义相对论的第一个原理:等效原理。(是公理)
【惯性力场与引力场的动力学效应是局部不可分辨的。】
什么意思呢?
举个例子。
一个人站在一艘太空飞船的地面上。
如果这时候飞船以加速度g(地球重力加速度)向上加速运动的话。
那么这个人就会同时受到一个反方向的惯性力。
惯性力把他牢牢地压在地上。
惯性力大小就等于人的惯性质量乘以加速度g。
由于人的惯性质量和人的引力质量是相等的。
此时人受到的加速度又是g,和地球的重力加速度一样。
那么这个人就会感受到,自己和在地球上静止一样。
换句话说,宇宙飞船代替了地球。
飞船加速运动产生的惯性力场代替了地球的引力场。
这个人完全分辨不出自己到底是在地球上,还是在一艘以g加速度运动的飞船内。
两者完全等效。
加速度就是引力,惯性力和引力是等效的。
这就是等效原理的内涵。
有了等效原理后,爱因斯坦再处理狭相的第一个问题,惯性系问题,就非常简单了。
因此有加速度的非惯性系,都可以被看成是惯性系处在了引力场之中。
很好理解吧。
因为加速度和引力场是等效的。
因此,也就没有了所谓的非惯性系。
任何非惯性系都可以看成是惯性系不变,引力场在变。
这样的话,在处理任何非惯性系的问题时,就可以只研究引力了。
这时,爱因斯坦就可以顺理成章地把狭义相对性原理,推广到所有参考系之中了。
即广义相对论的第二个原理:广义相对性原理。(也是公理)
【所有物理定律在任何参考系中都保持不变。】
物理规律不再是只在惯性系中不变了。
至此,广义相对论的两大原理建设完成。
注意,这两个公理并不是胡乱提出的。
而是爱因斯坦对物理定律进行深入的分析后,才大胆假设的。
我们马后炮认为很简单,但那是一百多年前。
接下来,就是爱因斯坦...啊不...李奇维,用这两个原理撬开广义相对论的大门了。
也许聪明的你会问:开始做实验验证吗?
不!
做实验太low了,要做就做思维实验。