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愛因斯坦的升降機(jī)
發(fā)布時(shí)間:2011年 11月 28日 閱讀次數(shù):2543 次
 
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  設(shè)想一個(gè)密封的升降機(jī),在其中建立了物理實(shí)驗(yàn)室,有一個(gè)物理學(xué)家P,這就構(gòu)成了愛因斯坦升降機(jī)。
  A) 起初,升降機(jī)停在地面上。這時(shí)物理學(xué)家觀察到升降機(jī)中的一切物體都受到一個(gè)向下的加速度g(即都具有重量),這是地球的引力場的特點(diǎn)。
  B) 然后,將此升降機(jī)移到遠(yuǎn)離地球的無引力場的太空中去。先假定升降機(jī)是靜止的?;蛟谧鲃蛩龠\(yùn)動,因而升降機(jī)中是一個(gè)無引力場的慣性系。升降機(jī)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(gè)頑皮的妖精,它將升降機(jī)的纜繩以加速度g往上拉。這時(shí)升降機(jī)中的一切物體相對于升降機(jī)都有一個(gè)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(jī)中存在一個(gè)向下的引力場,強(qiáng)度為g,這和地面上的情況完全相同。于是他認(rèn)為升降機(jī)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(shí)的引力場。
  D) 后來,淘氣的妖精有趁著物理學(xué)家睡覺時(shí)將升降機(jī)偷偷地弄到地面上來了。但是不讓升降機(jī)著地,而是提著纜繩讓升降機(jī)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(gè)向下加速度g,一切都沒有變。所以他認(rèn)為升降機(jī)一定還是在太空中向上做加速運(yùn)動。但當(dāng)他再次拉開窗簾看時(shí),發(fā)現(xiàn)自己又判斷錯(cuò)了,升降機(jī)是靜止地懸掛在地球上方。這兩次判斷錯(cuò)誤使物理學(xué)家認(rèn)識到一個(gè)重要的事實(shí):升降機(jī)停在地球引力場中和升降機(jī)在無重力場的太空中以加速度g運(yùn)動,這兩種情況在升降機(jī)中是無法區(qū)分的。即(局域的)真實(shí)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(jī)在地球引力場中自由下落。這時(shí)升降機(jī)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(jī)中是一個(gè)慣性系。這和情況B),升降機(jī)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(jī)中是一個(gè)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(gè)局域中,可以借助于一個(gè)自由降落坐標(biāo)系將引力場消除,而造成一個(gè)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(qiáng)等效原理”。所有局部的,自由下落的,無旋轉(zhuǎn)的物理實(shí)驗(yàn)都是完全等效的。Zm
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