爱因斯坦的第四个假设是它的第一个假设的推广。它可以说,自然法则在所有部门都是一样的。不可否认的是,声称所有部门的自然法则都是相同的比例,只有在伽利略系统中,相同的自然法则听起来更“自然”。但我们不知道是否有伽利略。这一原则被称为“广义相对论原则”。
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爱因斯坦电梯
让我们想象一下在摩天大楼内自由下落的电梯,里面有个傻瓜。这个人让他的手表和手帕同时掉下来。会发生什么?对于电梯外以地球为参考系的人来说,手表、手帕、人和电梯正以完全一致的速度下落。(让我们复习一下:根据等同性原理,重力场中物体的运动不取决于其质量。)表与地板、手帕与地板、人与表、人与手帕的距离固定不变。因此,对于电梯里的人来说,手表和手帕会留在他刚才扔掉的地方。
如果这个人给他的手表或手帕一个特定的速度,他们会以恒定的速度沿直线移动。电梯看起来像伽利略。然而,这并不总是持续下去。电梯迟早会被打碎,电梯外的观察者将参加一场事故的葬礼。
让我们做第二个理想化的实验:我们的电梯远离任何高质量的物体。例如,在宇宙的深处。我们的大傻蛋逃离了最后一次事故。在医院呆了几年后,他决定重返电梯。突然,一个生物开始拖动电梯。经典力学告诉我们,恒力会产生恒定的加速度。(因为一个物体的质量随着速度的增加而增加,所增加的恒力必须随着质量的增加而增加,才能产生恒定的加速度。当物体的速度接近光速时,物体的质量往往是无限的。)因此,电梯在伽利略系统中会有加速运动。
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我们的天才傻瓜呆在电梯里,让他的手帕和手表掉下来。电梯外伽利略系的人认为手表和手帕会撞到地板。这是因为地板因为它的加速而撞到它们(手帕和手表)。事实上,电梯外的人会发现表与地板、手帕与地板之间的距离正在以相同的速度减小。另一方面,电梯里的人会注意到他的手表和手帕加速度相同,这归因于重力场。
这两种解释似乎是一样的:一边是加速运动,另一边是一致的运动和重力场。
让我们再做一个实验来证明引力场的存在。一束光通过窗户照射在对面的墙上。我们的两位观察者解释说:
电梯外的人告诉我们,光线以恒定的速度通过窗户(当然!)沿着一条直线水平射入电梯,照在对面的墙上。但由于电梯在向上移动,光线的照射点应在入射点以下的位置。
电梯里的人说:我们在重力场里。由于光线没有质量,它不会受到重力场的影响,它只会落在射击点的正对点上。
哦!问题出现了。两位观察者意见不一致。然而,电梯里的人犯了一个错误。他说光没有质量,但光有能量,而能量有质量(请记住,焦耳能量的质量是:M=E/C^因此,正如外部观察者所说,光会有一条向地板弯曲的轨迹。
因为能量质量很小(C^2=300,000,000×这种现象只能在非常强的引力场附近观察到。这已经证实,由于太阳的巨大质量,光线在靠近太阳时会弯曲。这个实验是爱因斯坦理论(广义相对论)的第一个实证。
结论
从所有这些实验中,我们得出结论:通过引入引力场,我们可以将加速系视为伽利略系。无论是旋转(向心力被解释为引力场)还是不均匀加速(对黎曼不满意),我们都认为它适用于所有运动(Riemann)通过数学方法转换条件引力场)。你看,广义相对论与实践处处一致。
以上例子取自“以上例子取自”Lévolution des idées en Physique“爱因斯坦和Leopold” Infeld。
爱因斯坦的电梯假设实验是什么?他得出了什么结论?