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愛因斯坦的升降機
發(fā)布時間:2011年 11月 28日 閱讀次數(shù):2576 次
 
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  設(shè)想一個密封的升降機,在其中建立了物理實驗室,有一個物理學(xué)家P,這就構(gòu)成了愛因斯坦升降機。
  A) 起初,升降機停在地面上。這時物理學(xué)家觀察到升降機中的一切物體都受到一個向下的加速度g(即都具有重量),這是地球的引力場的特點。
  B) 然后,將此升降機移到遠(yuǎn)離地球的無引力場的太空中去。先假定升降機是靜止的?;蛟谧鲃蛩龠\動,因而升降機中是一個無引力場的慣性系。升降機中的物理學(xué)家將感到自己處于失重狀態(tài)中。向在宇宙飛船中一樣。
  C) 以后,假想有一個頑皮的妖精,它將升降機的纜繩以加速度g往上拉。這時升降機中的一切物體相對于升降機都有一個向下的加速度g。這位物理學(xué)家P不相信有妖精的,所以他認(rèn)為升降機中存在一個向下的引力場,強度為g,這和地面上的情況完全相同。于是他認(rèn)為升降機已經(jīng)移到地面上了。但是當(dāng)他拉開窗簾一看,發(fā)現(xiàn)還在太空之中不會有真實的引力場。
  D) 后來,淘氣的妖精有趁著物理學(xué)家睡覺時將升降機偷偷地弄到地面上來了。但是不讓升降機著地,而是提著纜繩讓升降機在半空中靜止地懸著。物理學(xué)家P醒來,覺得一切物體跟他睡覺前一樣受到一個向下加速度g,一切都沒有變。所以他認(rèn)為升降機一定還是在太空中向上做加速運動。但當(dāng)他再次拉開窗簾看時,發(fā)現(xiàn)自己又判斷錯了,升降機是靜止地懸掛在地球上方。這兩次判斷錯誤使物理學(xué)家認(rèn)識到一個重要的事實:升降機停在地球引力場中和升降機在無重力場的太空中以加速度g運動,這兩種情況在升降機中是無法區(qū)分的。即(局域的)真實引力場和(局域的)非慣性系是無法區(qū)分的。
  E) 又過了一會兒,妖精把纜繩一放,升降機在地球引力場中自由下落。這時升降機和其中的一切物體都以加速度g下落,相互之間是靜止的。物理學(xué)家感到升降機中是一個慣性系。這和情況B),升降機在太空中,是沒有差別的。
  物理學(xué)家得到了一條重要的物理原理:在引力場中的自由降落的升降機中是一個不存在引力場的局域的慣性系。或者說:在任何引力場中的任何一個局域中,可以借助于一個自由降落坐標(biāo)系將引力場消除,而造成一個局域的慣性系。因此,和狹義相對論相容的一切物理定律在其中皆成立。
  這就是愛因斯坦的等效原理,常稱為“強等效原理”。所有局部的,自由下落的,無旋轉(zhuǎn)的物理實驗都是完全等效的。Zm
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