广义相对论是如何被爱因斯坦创建出来的?不得不佩服天才的思维!


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广义相对论是如何被爱因斯坦创建出来的?不得不佩服天才的思维!


我们都知道 , 宇宙万物都在不停地运动当中 , 但这并不意味着运动一定是绝对的 , 这里就涉及参照物的选择问题 。

举个简单的例子 , 你和朋友坐在高速行驶的汽车里 , 你们都会认为对方没有动 , 都是静止的 。 但外面站在地面上的人会认为你们在快速运动 。
到底谁对谁错呢?
都对 , 无论是静止还是运动都没有错 , 只是参照物的选择不同罢了 。
同时这里还有一个更大的问题 。 当高速运动中的你和朋友突然急刹车时 , 你会突然向前冲 , 好像有某种力量推着你一样 , 我们知道这是惯性作用 , 并把这种无形的力叫做“惯性力” 。
但惯性力真的存在吗?它到底是什么样的力呢?
强大如牛顿这样的物理学大咖也解释不了 。 后来爱因斯坦提出狭义相对论之后 , 依旧对惯性力无能为力 。
但爱因斯坦没有放弃 , 他那天才般的大脑和颠覆性的思维方式让我们看到了“惯性力”的神秘面纱 。
在高中物理课上我们都学过 , 物体有两种质量:引力质量和惯性质量 , 用公式可以这样表达 , 前者是牛顿第二定律:F=ma , 后者就是万有引力定律 。
F=ma公式中的m为什么是惯性质量呢?当我们给质量不同的两个物体施加相同的力量时 , 物体的加速度肯定不一样 , 为什么?
就是因为质量的不同造成惯性大小的不同 , 这时候的质量体现出了惯性 , 因此叫惯性质量 。
惯性质量是对一个物体惯性的度量 , 而引力质量是对物体之间引力的一种度量 。

那么惯性质量和引力质量之间到底有什么关系呢?
在经过长时间深入思考之后 , 爱因斯坦提出了一个公设:惯性质量和引力质量等价 , 这个公设也让爱因斯坦敲开了广义相对论的大门!
爱因斯坦不是通过现实中的实验提出这个公设的 , 而是通过思想实验 , 下面简单说一说这个思想实验 。
你手里拿着一个苹果 , 你会感受到苹果施加给你的力(重力) , 当然你也会给苹果一个力 , 力的作用是相互的 。 如果你把苹果丢掉 , 你会发现苹果会以自由落体的方式掉到地面上 。
接下来想象一下这个画面 。
你在一艘飞船上遨游太空 , 飞船的加速度正好是9.8米每秒 , 你手里仍旧拿着一个苹果 。 假设你不知道自己在飞船上 , 四周都是密闭的 , 而且没有任何声音 , 此刻的你什么感受?
你肯定会觉得自己被关闭在地球上某个封闭空间 , 因为你感受到的加速度与地面的重力加速度是一样的 。 这时候的你再扔掉那个苹果 , 苹果仍会以自由落体的方式落到飞船底部 。

也就是说 , 你在飞船上以9.8米每秒的加速度飞行时的感受 , 与静止站在地面上是一样的 , 两者是等效的!

正是因为两者等效 , 所以你无法区别你到底是在飞船上飞行以9.8米每秒的加速度飞行 , 还是静止站在地面上!

明白了这点 , 下面进入更深层次的思想实验 。
你仍在以9.8米每秒的加速度飞行的飞船上 , 不过你手里拿的不是苹果 , 而是一个激光手枪 。 当你打开激光枪之后 , 你会看到激光以直线方向飞行 。

但是 , 如果我在地球上 , 会看到什么景象呢?由于飞船存在加速度 , 我会看到激光飞行的路线是弯曲的 , 向下弯曲 。
但是刚才我也说过了 , 飞船以9.8米每秒的速度飞行 , 其实就等效于飞船静止在地面上不动 。

既然两者是等效的 , 那就意味着静止在地面上不动的飞船发射激光枪 , 激光同样会发生弯曲!
但为何我们发现不了这种弯曲呢?比如说打开手电筒 , 我们只能看到光线直线飞行 。
那是因为地球质量实在太小了(当然是相对的) , 地球质量对光线的弯曲程度实在有限 , 我们根本观察不到!

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