等效原理:引力質量等價慣性質量,慣性怎麼來的,叫「慣性」恰當嗎

2020-12-20 自然科學之玄學原理

文/樸道玄燈

廣義相對論:彎曲的四維時空形成引力場

廣義相對論的「等效原理」表述為物體的引力質量與其慣性質量等價。物體間能產生引力現象的質量就叫「引力質量」。「質量」這個概念剛開始時最簡單籠統的定義是「物質的多少」,並且引力公式中兩個引力質量必須都在同一時空背景中,這樣空間距離才能參與計算。

牛頓萬有引力定律

也許牛頓看到萬有引力公式的分母有「兩質點間的空間直線距離『r』」,進而考慮「引力存在作用的超距問題」。

三維空間中物體間的引力作用

引力在物質間存在,大小與兩個質量「M和m」之間距離的平方「r」成反比,於是邏輯推理上必須引入一個「絕對時間、絕對空間」的概念,並且「絕對時間和絕對空間」相互獨立,來解決「引力的產生不需要時間」的超距作用問題。

牛頓心中沒有維度的絕對空間和絕對時間

之所以需要引入「絕對時間、絕對空間」這個概念,根本原因在於牛頓認為「物體間無條件地都存在引力」,並且作為一個不用證明的公理來用。對於牛頓來說,「物體間有引力存在」這不是問題,問題是「引力多大,如何計算,以及物體間為什麼會有引力存在」。

所以在實驗觀察中,用於描述「力的作用產生加速度」和慣性現象,這種情形時的物體質量稱為「慣性質量」,而產生引力現象時的物體質量稱為「引力質量」。對處於三維空間背景中的同一個有質物體來說,引力質量和慣性質量,是同一個物體在同一空間中存在狀態的兩種表現形式。

牛頓第二定律,質量m乘以加速度a等於力F。

同樣大小的力作用於物體上同樣的時間,物體質量越大,速度改變越不容易,即加速度越小,物體質量越小,速度改變越容易,即加速度越大。物體這種「維持原有存在狀態保持不變而抵抗外來作用,本能反應拒絕被改變」的「內在本有屬性」被稱為物體的「慣性」。

物體在空間位移,速度代表什麼

速度是空間距離與經歷時間的比值,從用於描述單位時間內速度改變量的「加速度」看「慣性」,慣性必然與「空間和時間」有內在的密切關係。

求變化量的比值極限是流數的核心思想
0秒時車沒動,那麼車在何時動的

慣性這個現象在沒有多維時空背景的條件下,不考慮時空結構時,我們憑經驗感受可以用生活日常語言來取個名字叫「慣性」,但嚴格來說,日常生活用語「慣性」這個詞,並不能準確描述「物體的加速度」現象,用「固化」來代替「慣性」更恰當。慣性所指的本質是「不變不易,維持原有的存在狀態,保持不變」,而「加速度」描述的是「單位時間內速度的改變量」,是「變易,原有的存在狀態改變了」,這樣就與「性」這個表徵物體內在本有不可被改變的「內在本有屬性」不相符。

與其說「物體有慣性」,還不如說「物體被所在的時空法則規定固化」,被「時空捕捉粘住」,總在空中。有怎樣的維度時空法則,就規定固化有怎樣的物質屬性。

物體的「性」也叫「成性,成然之性」,「玄中空虛無」,作用就是「變易不居,生生不息」地「孕育生成萬物,規定固化物質」,這個「成性」是常恆不變的,會變的是物質現象,不變的是「性」,能被改變的就不能叫「性」。

引力本質:空間彎曲,物體運動時的加速

顯然「加速度」這個表示單位時間內速度改變量的概念,描述的是「空間與時間流變轉化的比值」,是描述「物體在時空背景中的流變轉化」的物理量,時空中物質的存在狀態有「成、住、壞、空」四個階段,物體暫時處於某種狀態、存在於空間某處叫「居、住、在」,位移變動叫「周流六虛,變動不居」,這種情形時物體質量出「慣性質量」的一面,而物體間存在引力的「引力質量」不起主要作用,而對於物體而言,引力是相互的,每個物體對於自己和他物來說,即是引力的作者,又是引力的受者,在三維空間中自身有個加速度在位移,實際就是空間與時間流變轉化的比值,這與三維空間產生彎曲不平坦不均勻時,具有一定的曲率,是一回事。

等效原理:引力與加速度,時空規定固化

反之當引力公式情形中,兩個質量表現引力現象時,也是質量所在的空間彎曲產生物體運動,而有加速度,因此引力情形必然等價加速度情形。

一個物體的慣性質量與其自身的引力質量必然等價,因此廣義相對論把這種等價稱為「等效原理」,本質都是根源於「時空規定固化存在於其中的物質」,所以慣性不能叫「慣性」,應當叫「固化」更恰當,慣性質量也就不能叫「慣性質量」,叫「固化質量」更準確。

相關焦點

  • 古老的慣性質量與引力質量
    牛頓第二定律中,F=ma,力和加速度都是人們可以知道的量,與這個規律聯繫的質量稱為慣性質量[1];萬有引力中,F=Gm1m2/r2,與這個規律對應的質量稱為引力質量。因為萬有引力的方程中涉及到兩個物體,施加引力和被施加引力的質量有時也稱作主動引力質量和被動引力質量。考慮到作用力與反作用力大小相等,引入第三個物體,我們可以證明主動引力質量和被動引力質量等價[2],可以統一簡稱為引力質量。
  • 慣性質量與引力質量
    根據萬有引力定律,同樣可以依據其物理內涵得出質量的定義,質量m是質點與其他質點相互吸引(吸引其他質點和被其他質點吸引)的能力的量度。因此,根據萬有引力定律定義的質量m稱為引力質量。慣性質量和引力質量是根據兩個互相獨立的實驗定律分別定義出來的物理量,它們反映了質點的兩種截然不同的物理屬性,從這一點看它們風馬牛不相及。
  • 深度解讀慣性質量與引力質量之間的關係,具有深刻意義!
    雖然,這兩種質量描述的角度不同,一個是產生吸引力的能力,一個保持運動狀態的能力,但如果兩者的比例對一切物體相同,那麼就可把它們當做同一個量來對待,因為選取一個合適的單位,就可以令比例常數為1,即引力質量與慣性質量相等。物理學家厄缶,改進了卡文迪許的扭秤設計,證明了引力質量和慣性質量是相等的,為等效原理鋪下基石。
  • 引力質量和慣性質量為何相等,它們是同一事物嗎?
    從本質上說,慣性質量和引力質量有區別,在廣義相對論中,愛因斯坦把「慣性質量=引力質量」作為等效原理,建立了廣義相對論。如果我們不加深思,可能會理所當然地認為「慣性質量」和「引力質量」是一樣的,如果我們更深入地了解這兩個物理量,就會發現這當中暗藏著更深刻的機制。慣性質量描述的是物體慣性大小的量,體現在物體加速或者減速時對外力的抵抗能力;而引力質量,描述的是物體產生引力場的能力,或者與其他引力場相互作用的能力。
  • 慣性質量、引力質量與摩爾質量
    牛頓似乎注意到了物質的慣性和引力性這兩種性質都與質量有關.他曾用不同材料的物體做單擺進行實驗,試圖找到表現慣性性質的質量與表現引力性質的重力之間的關係,並最後得出結論:「質量與重量成正比」。這表明牛頓認識到物體的質量與地球作用於物體的引力之間的基本關係,但牛頓當時並沒有明確提出慣性質量和引力質量,也沒有對在第二定律和萬有引力定律中出現的質量加以區分。
  • 從牛頓到愛因斯坦,深度長文解讀引力、慣性力、加速度、參考系和等效原理!
    主題目錄如下:慣性質量引力質量慣性質量與引力質量慣性系與非慣性系慣性力弱等效原理強等效原理時空彎曲力與加速度重新審視——宏觀質量慣性質量首先,牛頓提出了牛頓第二定律,並定義了慣性質量——就是物體改變運動狀態難易程度的度量。
  • 物體是因為有質量所以有慣性,還是因為有慣性所以有質量?
    愛因斯坦的看法愛因斯坦憑著自身獨特的敏銳洞察力,從人們習以為常的引力質量總是和慣性質量成正比的事實出發,總結了前人對慣性的認識,特別是總結了馬赫的認識(愛因斯坦稱其思想為「馬赫原理」):愛因斯坦認為引力質量和慣性質量是等效的,局域引力(引力不是均勻的)等效於虛擬的「慣性力」,如果選取合適的物理單位,引力質量和慣性質量的比例係數可以變為1,也就是說引力質量等於慣性質量,引力就是慣性力
  • 慣性質量和引力質量為何不同?如果兩者不相等會怎麼樣?
    1、慣性質量:描物體慣性大小的量,也可以理解為物體產生慣性大小的能力;2、引力質量:描述物體產生萬有引力大小的量,也可以理解為物體產生引力大小的能力;兩者一對比,本質就是慣性力和引力的對比,當然是不同的物理量,所以慣性質量和引力質量是有本質區別的,兩者只是單位一樣而已。
  • 【每周一論】慣性質量與引力質量
    慣性質量什麼是質量呢?這個問題困擾了人們千百年。在《新工具》一書中,培根提出了一種對質量的定義:「物體所含物質的多少」,並認為作用力依賴於質量,將質量與作用力聯繫起來。在《自然哲學之數學原理》中,牛頓提出慣性質量的概念,提出質量是物體慣性的度量。
  • 越是基礎的越是神秘的,引力質量與慣性質量之中蘊含的璇璣
    先不考慮質量在洛倫茲協變情況下的變化,今天探討一下關於質量這個話題。經典力學對於質量的理解在牛頓力學中質量的概念可以從兩個角度來認識:引力質量和慣性質量。1、牛頓認為,質量是物質的量,它反映物質產生和接受引力的能力,可以用萬有引力公式來定義我們稱這樣定義的質量為引力質量。
  • 質量究竟是什麼?為什麼還有「引力質量」和「慣性質量」之分?
    引力質量和慣性質量引力質量和慣性質量的關鍵區別在於,引力質量是在引力下測量的,而慣性質量是在任何力下測量的。質量是一種物質的特性,也是它對加速度的抵抗力。有兩種質量,即引力質量和慣性質量,它們反映出了作用在物體上的不同力的類型。什麼是引力質量? 引力質量是物體由於引力而產生的質量。我們可以通過物體所受引力的強度來確定它。
  • 等效原理
    等效原理(德語:Äquivalenzprinzip,英語:equivalence principle),尤其是強等效原理,在廣義相對論的引力理論中居於一個極重要的地位
  • No.141 在高考範圍內,如何理解慣性質量&引力質量的區別與聯繫?
    在初中,質量是物體所含物質的多少(更準確是物質的量);高中我們學習牛二定律後,更注重質量的慣性屬性,學習萬有引力定律後,我們開始關注質量的引力屬性;而大學低年級學習了狹義相對論後,我們了解到動質量和靜質量的區別,高年級學完廣義相對論,我們又會驚嘆質量與時空的聯繫。今天咱們主要著眼於高中物理階段的質量,也就是牛頓定律中涉及到的慣性和萬有引力定律中涉及到的引力屬性。
  • 等效原理被證實,廣義相對論的基礎再一次被加固
    如果用牛頓第二定律和萬有引力定律來描述自由落體的時候,那麼弱等效原理又可以表述為:「物體的慣性質量與引力質量之比是與物體的材料、重量等物理性質無關的常數。」如果我們選取適當的單位,比如使用國際單位,那麼物體的慣性質量就和引力質量相等了。強等效原理是對弱等效原理的擴展,這是愛因斯坦在提出廣義相對論之時提出的,因此它又稱為愛因斯坦等效原理。
  • 等效原理認為引力和加速度等效,那地球兩端的人會相互遠離嗎?
    這是對「引力和加速度是等效」的這句話的過度理解導致的,我們先通過一則思想實驗來引出這句話的來源。很自然的想法,他可能會覺得自己身處太空,在一個不受引力,做慣性運動的小容器內。因此我們可以得到一個結論:一切力學實驗都無法證明你是身處於一個自由下落的電梯,還是一個不受引力影響的慣性容器內。
  • 慣性質量
    主要目的是存視頻該視頻體現的物理原理有:慣性、壓強、動量與衝量、剪切力等等。從初中到高中,在學習知識時,總是從單一的、簡單確定的角度開始。若最終想解決實際問題,必須意識到這種由學習過程帶來的慣性。實際問題往往是複雜的綜合體,要有尋求邊界條件的意識,建立多變量的思考習慣,用發散的思維調動自己的知識海,要有創造工具解決問題的意識。
  • 廣義相對論與黎曼幾何系列之十一:等效原理
    但是,仔細想想問題又來了,除了慣性參考系之外,還有非慣性參考系呢,比如說,在一個加速參考系中的物理規律是否也應該與慣性參考系中物理規律形式一致呢?上帝不應該只是偏愛那些被挑選出來稱之為「慣性參考系」的系統吧,況且,哪些參考系有優先權作為「慣性參考系」呢?既然對慣性參考系而言速度只有相對的意義,難道還有理由把加速度當作絕對概念嗎?愛因斯坦建立了狹義相對論之後,立即意識到這些問題。
  • 關於慣性的幾點思考
    但是這和牛頓的慣性定義是想通的。只是我把引力場強調了出來,並且找到了新的「根基」。 而牛頓的描述是慣性狀態下的物體表現。但這不是慣性的本源說明。那麼慣性系這時候該如何定義呢??我們先來看看經典力學中的兩個定義。一是:牛頓第一定律成立的參考系,叫慣性系。
  • 從狹義相對論到廣義相對論,非慣性系中的時間膨脹效應
    然而慣性系只是一種理想的狀態,當進入非慣性系之後,問題就變得有些不同了。非慣性系與廣義相對論在慣性系之中,物體始終處於勻速運動之中,且沒有引力的幹擾,而現實世界並非如此。在現實世界中,物體不可能永遠處於勻速運動的理想狀態,也不可能將引力置於不顧。
  • 時空彎曲與引力的關係
    可有人說慣性的本質是時空彎曲,這樣說對嗎?內容如下,摘自百度百科:「研究者提出由廣義相對論解釋慣性的可能成因:靜者恆靜乃是因為靜止質量會扭曲時空產生凹陷,猶如一個鐵球放在彈簧床的正中央產生了凹陷,此凹陷限制了鐵球的運動並固定其位置,此可解釋為何引力質量恰與慣性質量完全相等,是故靜者恆靜。