從劍橋留學生到物理學之神 第323章

作者:虚空圣堂

  這非常符合人們的直覺。

  空間無處不在,而且空間不可能邉印�

  這就是慣性系的定義啊。

  這下問題解決了。

  凡是相對於絕對空間靜止或者勻速直線邉拥膮⒖枷担褪菓T性參考系。

  凡是相對於絕對空間做變速邉拥膮⒖枷担褪欠菓T性參考系。

  這個定義讓牛頓力學定律有了堅實的基礎。

  在慣性系中,他的理論是成立的。

  那麼在非慣性系中呢,牛頓也有妙招,吊的不行。

  他引入了【慣性力】來彌補理論的缺陷。

  這樣自己的理論在非慣性系中,也是可以成立和使用的。

  還是舉個高鐵的例子。

  假設一個人在高鐵座位的支架上放了一個小球。

  如果高鐵忽然提速,做加速邉樱铀俣仁莤。

  那麼這個人會立刻看到小球向後也做加速邉樱铀俣纫彩莤。

  但是按照牛頓的理論,小球並沒有受到前後方向的力啊,爲什麼會改變邉訝顟B呢?

  牛頓定律在非慣性系中遇到了困難。

  但是這難不倒牛頓,他假想出了慣性力這個東西。

  小球之所以會邉樱且驙懯艿搅藨T性力的作用。

  其大小和火車的加速度,以及小球本身的質量有關。

  所以才叫慣性力,因爲慣性而產生的力。

  雖然慣性力是一個假力,但它對物體的作用是真實的。

  至此牛頓的力學體系完美無缺,可以解釋世間的一切力學現象。

  直到李奇維和愛因斯坦橫空出世,發表了狹義相對論。

  證明了絕對空間並不存在!

  (具體請看前面的內容,再寫一遍怕你們說我水文。)

  牛頓關於絕對空間的定義是錯誤的。

  時空本是一體,是相對的。

  每個獨立邉拥奈矬w,都有各自特有的時空。

  但是狹義相對論否定了絕對空間後,它也遇到了和牛頓同樣的難題。

  沒有了絕對空間,慣性系該怎麼定義呢?

  要知道,狹義相對論的第一條公理就是:在一切慣性參考系中,所有物理定律都是等價的。

  現在李奇維否定了絕對空間的存在,那他就同樣解釋不了慣性系的問題了。

  狹義相對論只能和牛頓力學定律一樣,在慣性系中才是成立的。

  而現實中是沒有慣性系的。

  任何地球上的物體都會受到萬有引力的作用,從而產生一個加速度,成爲變速邉印�

  慣性系不存在!

  基於一個不存在的東西,推導出來的理論當然就會受到質疑。

  這就是狹義相對論的第一個核心缺陷。

  此外,根據狹義相對論,任何信息的傳遞速度不可能超過光速。

  但是我們仔細研究萬有引力公式就會發現,它並沒有限制引力傳播的速度。

  F=GMm/R。裏面並沒有涉及到時間參數。

  而且牛頓本人就是認爲萬有引力是瞬時傳遞的,遠遠大於光速。

  這顯然與狹義相對論不符合。

  因此,萬有引力定律需要改造。

  這就是狹義相對論的第二個核心缺陷。

  怎麼解決呢?

  真實歷史上,愛因斯坦是從慣性力開始思考的。

  首先他自問,引力到底是不是瞬時力?

  他認爲這不可能,因爲不符合狹義相對論。

  愛因斯坦對麥克斯韋方程組非常鍾愛。

  他認爲引力的傳遞也是需要媒介的。

  他把這種媒介稱爲“引力場”,就和電場一樣。

  既然有了引力場,那麼物體所受的引力就等於質量乘以引力場強度。

  把它和F=ma一對比,就會自然得到慣性質量和引力質量的比是一個常數。

  後來,有物理學家通過實驗證明,這個常數是1。

  那麼就意味着慣性質量和引力質量是相等的。(我們平常說的質量都是指引力質量。)

  這可不得了。

  當時的所有物理學家都不清楚這種相等背後的本質原理。

  他們無法從理論上給出證明。

  愛因斯坦也不懂。

  不過不懂沒關係,愛因斯坦又發揮了他那超級敏銳的物理直覺。

  他大膽假設:慣性質量和引力質量是等效的。

  即廣義相對論的第一個原理:等效原理。(是公理)

  【慣性力場與引力場的動力學效應是局部不可分辨的。】

  什麼意思呢?

  舉個例子。

  一個人站在一艘太空飛船的地面上。

  如果這時候飛船以加速度g(地球重力加速度)向上加速邉拥脑挕�

  那麼這個人就會同時受到一個反方向的慣性力。

  慣性力把他牢牢地壓在地上。

  慣性力大小就等於人的慣性質量乘以加速度g。

  由於人的慣性質量和人的引力質量是相等的。

  此時人受到的加速度又是g,和地球的重力加速度一樣。

  那麼這個人就會感受到,自己和在地球上靜止一樣。

  換句話說,宇宙飛船代替了地球。

  飛船加速邉赢a生的慣性力場代替了地球的引力場。

  這個人完全分辨不出自己到底是在地球上,還是在一艘以g加速度邉拥娘w船內。

  兩者完全等效。

  加速度就是引力,慣性力和引力是等效的。

  這就是等效原理的內涵。

  有了等效原理後,愛因斯坦再處理狹相的第一個問題,慣性系問題,就非常簡單了。

  因此有加速度的非慣性系,都可以被看成是慣性系處在了引力場之中。

  很好理解吧。

  因爲加速度和引力場是等效的。

  因此,也就沒有了所謂的非慣性系。

  任何非慣性系都可以看成是慣性系不變,引力場在變。

  這樣的話,在處理任何非慣性系的問題時,就可以只研究引力了。

  這時,愛因斯坦就可以順理成章地把狹義相對性原理,推廣到所有參考系之中了。

  即廣義相對論的第二個原理:廣義相對性原理。(也是公理)

  【所有物理定律在任何參考系中都保持不變。】

  物理規律不再是隻在慣性系中不變了。

  至此,廣義相對論的兩大原理建設完成。

  注意,這兩個公理並不是胡亂提出的。

  而是愛因斯坦對物理定律進行深入的分析後,才大膽假設的。

  我們馬後炮認爲很簡單,但那是一百多年前。

  接下來,就是愛因斯坦啊不李奇維,用這兩個原理撬開廣義相對論的大門了。

  也許聰明的你會問:開始做實驗驗證嗎?

  不!

  做實驗太low了,要做就做思維實驗。

  (本章完)

第308章 人類智慧最極致的浪漫:時空因你而彎曲!

  李奇維通過理性的思考和深入的分析,大膽假設了兩個基本原理。

  第一,慣性力場和引力場在局部是等效的。

  第二,所有物理定律在任何的參考系中都有相同的形式。

  基於這兩個原理,就可以得出非慣性系=慣性系+引力場。

  因此,面對狹義相對論束手無策的非慣性系問題,就可以分解成慣性系問題。

  而慣性系很簡單,牛頓定律已經研究的很完美了。

  剩下只要專心研究萬有引力即可。

  開始思維實驗。

  之前我們說了,假設有一艘以加速度g做加速邉拥娘w船。

  如果有個人K,手裏拿個籃球,那麼他鬆開手,籃球就會像自由落體一樣,落在飛船的地面上。

  而且軌跡、速度等和在地球上完全一樣。

  因爲這時候的飛船給人的感覺就相當於地球。

  他分不清籃球受到的到底是萬有引力,還是飛船給的慣性力。

  好了,重點來了!

  現在讓我們的思想更近一步。

  要是K手裏拿的不是籃球,而是手電筒呢?

  現在飛船繼續以加速度g向上邉印�