第5部分(3 / 4)

加速度要透過箱子地板的反作用才能傳給他。所以,如果他不願意整個人臥倒在地板上,他就必須用他的腿來承受這個壓力。因此,他站立在箱於裡實際上與站立在地球上的一個房間裡完全一樣。如果他鬆手放開原來拿在手裡的一個物體,箱子的加速度就不會再傳到這個物體上,因而這個物體就必然作加速相對運動而落到箱於的地板上,觀察者將會進一步斷定。物體朝向箱於的地板的加速度總是有相同的量值。不論他碰巧用來做實驗的物體為何,

依靠他對引力場的知識(如同在前節所討論的),箱子裡的人將會得出這樣一個結論:他自己以及箱於是處在一個引力場中,而且該引力場對於時間而言是恆定不變的,當然他會一時感到迷惑不解為什麼箱子在這個引力場中並不降落但是正在這個時候他發現箱蓋的當中有一個鉤子,鉤上繫著纜索;因此他就得出結論,箱子是靜止地懸掛在引力場中的。

我們是否應該譏笑這個人,說他的結論錯了呢,如果我們要保持前後一致的話,我認為我們不應該這樣說他;我們反而必須承認,他的思想方法既不違反理性,也不違反已知的力學定律。雖然我們先認定為箱子相對於“伽利略空間”在作加速運動,但是也仍然能夠認定箱於是在靜止中。因此我們確有充分理由可以將相對性原理推廣到把相互作加速運動的參考物體也能包括進去的地步,因而對於相對性公設的推廣也就獲得了一個強有力的論據。

我們必須充分注意到,這種解釋方式的可能性是以引力場使一切物體得到同樣的加速度這一基本性質為基礎的;這也就等於說,是以慣性質量和引力質量相等的這一定律力基礎的。如果這個自然律不存在,處在作加速運動的箱於裡的人就不能先假定出一個引力場來解釋他周圍物體的行為,他就沒有理由根據經驗假定他的參考物體是“靜止的” 假定箱子裡的人在箱子蓋內面系一根繩子,然後在繩子的自由端拴上一個物體,結果繩子受到伸張,“豎直地”懸垂著該物體。如果我們問一下繩子上產生張力的原因,箱子裡的人就會說:“懸垂著的物體在引力場中受到一向下的力,此力為繩子的張力所平衡;決定繩子張力的大小的是懸垂著的物體的引力質量。”另一方面,自由地穩定在空中的一個觀察者將會這樣解釋這個情況:“繩子勢必參與箱子的加速運動,並將此運動傳給拴在繩於上的物體。繩子的張力的大小恰好足以引起物體的加速度。決定繩子的張力的大小的是物體的慣性質量。”我們從這個例子看到,我們對相對性原理的推廣隱含著慣性質量和引力質量相等這一定律的必然性。這樣我們就得到了這個定律的一個物理解釋。

根據我們對作加速運動的箱子的討論,我們看到,一個廣義的相對論必然會對引力諸定律產生重要的結果。事實上。對廣義相對性觀念的系統研究已經補充了好些定律為引力場所滿足。但是,在繼續談下去以前,我必須提醒讀者不要接受這些論述中所隱含的一個錯誤概念。對於箱子裡的人而言存在著一個引力場,儘管對於最初選定的座標系而言並沒有這樣的場。於是我們可能會輕易地假定,引力場的存在永遠只是一種表觀的存在。我們也可能認為,不論存在著什麼樣的引力場,我們總是能夠這樣選取另外一個參考物體,使得對於該參考物體而言沒有引力場存在,這絕對不是對於所有的引力場都是真實的,這僅僅是對於那些具有十分特殊的形式的引力場才是真實的。例如,我們不可能這樣選取一個參考物體,使得由該參考物體來判斷地球的引力場(就其整體而言)會等於;

現在我們可以認識到,為什麼我們在第18節末尾所敘述的觀察者由於煞車而經驗到一種朝向前方的衝動,並由此察覺車廂的非勻速運動(阻滯),這一點當然是真實的。但是誰也沒有強迫他把這種衝動歸因於車廂的“實在的”加速度(阻滯),他也可以這樣解釋他的經驗:“我的參考物體(車廂)一直保持靜止。但是,對於這個參考物體存在著(在煞車期間)一個方向向前而且對於時間而言是可變的引力場,在這個場的影響下,路基連同地球以這樣的萬率作非勻速運動,即它們的向後的原有速度是在不斷地減小下去。”

21.經典力學的基礎和狹義相對論的基礎在哪些方面不能令人滿意

我們已經說過幾次,經典力學是從下述定律出發的:離其他質點足夠遠的質點繼續作勻速直線運動或繼續保持靜止狀態。我們也曾一再強調,這個基本定律只有對於這樣一些參考物體K才有效,這些參考物體具有某些特別的運動狀態並相對作勻速平移運動。相對於其他參考物體K',這個定律就失

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