按键盘上方向键 ← 或 → 可快速上下翻页，按键盘上的 Enter 键可回到本书目录页，按键盘上方向键 ↑ 可回到本页顶部！
————未阅读完？加入书签已便下次继续阅读！
站在美学的角度上，这是绝对不可允许的，这是绝对没有道理的，这是残缺的，这是破碎的！
我们的理论应该可以描述整个世界！我们应该把整个世界统一起来！
所以，我们要推广狭义相对论！我们要得到一个可以描述整个世界——包括惯性系和非惯性系——的理论！
而推广也不是说干就干的！我们还要细细分析一番，找到推广的方向，才会得到正确的推广内容。
首先，我们应该推广狭义相对性原理，因为它毕竟只囊括了惯性系这样一个狭窄的范围。
但是，是不是说直接把那个原理中的“惯性系”换成“非惯性系”就行了呢？
恐怕没有这么简单吧？
我们试一下，“物理定律在任何非惯性系中都是相同的”。
这样一来，就会有两层类似的意义，一是所有的非惯性系在描述自然规律方面都是等效的，二是非惯性系都是等价的。
很明显这是有问题的。非惯性系都是等价的？你试试看，坐过山车跟坐缓缓启动的地铁是不是一样？看你是不是不可区分？就算你闭上眼睛也没用呀！
所以我们不能说非惯性系都是等价的！
但是，第一层意思我们似乎可以保留！
所有的非惯性系在描述自然规律方面都是等效的！如果真是这样的话，我们并不要求非惯性系都是等价的，而只不过是说在任一个非惯性系都可以一样有效地去描述我们的自然规律。细细再想一下，没有问题吧？
不过，推广就应该把之前的东西也囊括进去，千万不要“捡了西瓜就丢了芝麻”哟！不要忘了惯性系！
所以，爱因斯坦是这样推广的——
所有参考系，不论它们的运动状态如何，对于描述自然现象（表示普遍的自然界定律）都是等效的。
这就是广义相对性原理。
这样一来，非惯性系就被赋予了强大的能力，它们都是能够准确地描述物理现象的，不会由于非惯性系的不同，造成不能描述自然规律的事故。不管你是张三，还是李四，你坐过山车也好，地铁也罢，都是平等的！都能描述这个美妙的世界！
其实，回想一下，也是很应该这样做的，不是吗？这是很自然的，很优美的，也很“人性”的！
规律本来就应该这样嘛！没有王公贵族的区别！得一视同仁呀！
一个好的规律，应该尽量地简单，但同时也应该尽量地囊括更多的现象。从这个角度上说，广义相对性原理的确比狭义相对性原理更上了一层楼！名副其实呀！
不过，需要指出的是，其实上面广义相对性原理的表述还是不够严谨的，要想准确地去表述它，不得不用到数学。但是，对于我们这些不搞理论研究的、只求稍微理解、分享一下科学乐趣的外行人士来说，这种表述已经是足够的了。
是为第一条原理。
我们已经对有关非惯性系的问题做了一些努力和尝试，并得到了广义相对性原理。应该说，广义相对性原理很有可能是正确的，毕竟它太优美了！我们很有信心地将它列为了一条原理。
现在，我们来看看引力的问题。
在牛顿万有引力定律中，相距r的、质量分别为M、m的两个质点之间的万有引力为
F=GMm/r2
还记得这个式子吧？可是家喻户晓的哟！而且前面我们也说过了。再唠叨一次，G是常量，等于6。67×10^…11（牛米2/千克2）。
这个式子背后隐藏着什么事情呢？
你看这个式子，F就是两家之间的引力，假设Ｍ或者m突然间改变了，按照这个公式，Ｆ也会立即改变！注意到了没有，是立即改变！瞬间改变！为什么可以这样呢？在经典时空观里面，是允许存在无限大速度的（相信你不会忘记，牛顿为此还在那场球赛上吃到了一张黄牌），所以，当这家的质量发生变化时，可以瞬时通知到另一家！这种就叫做超距作用。
但是，在狭义相对论中，信号传播的速度的上限是光速c！也就是说，不允许无限大信号速度的存在！这就矛盾了！然而，狭义相对论并没有解决这个问题。
按照牛顿的理解，引力的传递是不需要时间的，它可以不知不觉地霎那间从这里传到了那里。为了取缔这种超距作用，类比电荷之间依靠电场来相互作用的例子，我们假设物体之间的引力作用也是依靠一种场，这种就叫做引力场。这样一来，这个物体对那个物体的吸引作用就通过引力场从这边传递到那边，而且传递的速度等于光速。
于是，我们就有了引力场！
再来看看另一个相关的问题——引力质量和惯性质量。
引力质量？惯性质量？
这有什么不同吗？
顾名思义，是的，是有不同。
根据牛顿第二定律，
Ｆ＝ma
这里说的就是惯性质量。
而根据牛顿万有引力定律，
F=GMm’/r2或者G=m’g（为了有所区别，这里的m就带上一撇吧）
这里说的就是引力质量。
惯性质量越大，物体就越有“惯性”，用很大的力也很难改变它的运动状态。
引力质量越大，物体就越有“引力”，可以把另外的物体吸引得更厉害一些。
惯性质量和引力质量的定义和性质虽然有些不同，但是，却有一个惊人的事实——
惯性质量等于引力质量！
我们来看一下。
回到伽利略的斜塔实验。他一松手，小球就在地球引力的作用下向着地面冲去。这时它所受的外力就是万有引力。根据牛顿第二定律和万有引力定律，我们有
Ｆ=ma（老样子，这里是小球的惯性质量），G=m’g（这里是它的引力质量），F=G
也就是
ma=m’g
只要我们得到a=g=一个常数，那么就会有m=m’！
那g是不是一个常数呢？
看，“噔哐”两个小球确实同时着地了！两个小球都是无初速度释放，而且走过了相同的位移，更是同时落地！很明显，它们的加速度必定是一样的！（如果你还记得中学时的那条公式s=at^2/2的话，你一定很清楚为什么。这里s是位移，a是加速度，t是时间。）
不管你是用小球，还是炮弹，或者扔两只小猫下去，甚至你和伽利略一起掉下去，都会是这样的结果！一样的位移，一样的时间！
而且只要你一算，就会发现，g确实是一个常数，在我们地球上，它很接近9。8米/秒^2！
看来，惯性质量确实等于引力质量！
不仅如此，在1906年，匈牙利物理学家厄缶做了更精确的实验，验证了这个结果。1964年R。H。Dicke的实验的精度甚至达到了10^…11的数量级！也就是说，惯性质量和引力质量在小数点后面的前11位小数都是一样的！而现在的精度就更加高了！
一个物体的惯性质量和它的引力质量是相等的！
无争的事实！
这就奇怪了！
两个质量的性质并不一样！但是，它们却惊人地相等！
爱因斯坦陷入了沉思之中。
为什么呢？为什么会这样呢？
引力质量跟引力场该有关系吧？而这里的惯性质量又该跟非惯性力场有关吧？……现在，引力质量就等于惯性质量……是不是预示着引力场跟非惯性系有什么关系呢？……
一道闪电划破夜空！
是的！一定是有关系的！我的直觉告诉我！
……
我可以想象这样一个实验——
在地球上一个密封的箱子里面，有一个物理学家。晚上，他睡着了。这时，有一个生物（我们没有必要去管它是什么），它跟物理学家开了个玩笑。把箱子搬到了一个远离众多星球的地方，也就是说一个没有引力的地方。然后，用绳子不断地将箱子往上拉，而且加速度就刚好等于重力加速度g。那么，当物理学家醒来的时候，他会发现吗？
不会！一定不会！首先他看不到外面。而他一样会感到箱子对他的反作用力，加速度就是g。这跟站在地球上（或者有引力的地方）的感觉是一样的。他放开手里的小球，小球由于不再受到外力，就会静止在原地方，但是，箱子和物理学家，还有箱子的其他一切东西，由于生物的拖拉，它们还是会以g的加速度上升，最终，还会重重地撞到小球上，这跟在地球上小球重重落到地板还是没有两样！
这也就是说，对于动力学效应来说，引力场跟非惯性系是不可区分的！
假设箱子里面的物理学家在顶处用绳子系了一个小球。绳子就会伸张，“竖直地”悬挂着小球。要是在地球上，他就会这样解释：“小球受到了引力场的作用力，引力的大小就由小球的引力质量决定。这个力就和绳子的张力平衡。”要是物理学家处于被生物拖拉，并且被告诉了真相时，他就会说：“绳子参与了箱子的加速运动，并将这种运动传给了小球，绳子的张力恰好能够提供小球的加速度，而决定这个张力的大小则应该是小球的惯性质量。”
引力质量精确地等于惯性质量，使得物理学家无法区分引力场和非惯性系！
太美妙了，这个实验！
爱因斯坦跳了起来！
突然间，又想到了一个问题。
难道仅仅只是动力学效应不可区分引力场和非惯性系吗？
不，一定不是这样！
上帝怎么会偏爱一种东西呢？！
前面不是说了吗？
既然惯性系可以，那么非惯性系也一定可以！于是，我们有了广义相对性原理。
现在……
既然动力学实验不可以，那么其他一切物理实验也一定不可以！
于是，我们有了……有了……
等效原理！
慢着，前面我们只不过局限在箱子里面，这是局域的！整体上是否也是不可区分呢？
不！比如说整个地球吧，我们着实找不到一个和它等价�