等效原理是廣義相對論的基礎，與狹義相對論衝突嗎

2020-11-19 寒江獨釣180960169

採用不對稱應力的方法可以判斷一個物體是否真正的加速度，自由落體只是視覺加速度。但在實際應用中，我們還需要站在地球上，研究相對於地球的視在加速度，其實牛頓的萬用引力公式還是可以用

萬有引力公式：F＝Gm1m2/r^2 （G＝6.67×10^-11N•m^2/kg^2，方向在它們的連線上）。設m2物體正在下落，受力是：F＝Gm1m2/r^2 ，據：F=am，變形後：a=F/m。即:a=Gm1m2/r^2/m2。a=Gm1/r^2。物體下落加速度與物體本身的質量沒有關係，甚至有無質量都沒有關係。當然如果m2有質量，m1也處在m2的「引力」範圍內，m2在向m1自由落體的同時，m1也向m2自由落體。

兩個物體相向加速


自由落體


如圖所示：g1=Gm2/r^2;g2=Gm1/r^2,倆物體同時向它們的質量中心做加速運動，所以當一個人從高處跳下來時，地球也向他做加速度，只是因為人的質量相比地球小的太多了，所以地球加速度極其微小，可以忽略不計。

地球月亮也可以看成是相互自由落體的物體，由於落體的特殊的軌跡，使得兩物體始終沒有相撞，只是纏纏綿綿的相繞。通常所說的月亮圍繞地球轉的說法其實不夠準確，應該是地球月球繞它們的共同中心轉。雖然沒有離心力與向心力，但計算的時候仍可以看成向心力，這是物理學的自洽性。

地球與月亮


根據愛因斯坦的等效原理，大質量物體使周圍時空彎曲，光線會在大質量周圍偏折，雖然有人在發生日食時曾經實際觀測過，並得到了驗證，但我高度懷疑是太陽周圍的大氣層幹的，碰巧讓愛因斯坦歪打正著了。

其實如果大質量物體如果在大質量物體周圍偏折的話，會涉及到另外一個非常敏感的話題：光速不變。愛因斯坦的設想，一個加速的電梯，當然是真加速，不是類似自由落體那樣的視覺加速度。現在用加速的宇宙飛船，也要是真加速，發動機是開的。那麼有一束光從側面射進來，看上去是彎曲的。


等效性原理加速電梯

等效原理加速電梯

如果是從側面水平投射小球，平拋運動，小球的運行軌跡就是這樣偏折的，廣義相對論把它推廣到光線，這裡也隱含著一個假設，愛因斯坦沒說（他總是丟三落四），就是光傳播的場物質和產生慣性的場物質是同一種，因為宇宙間很多種場是可以相互重疊的。但相對論在沒有證實其是否為同一個場就稱之為「時空」是否有草率之嫌？

就算是如愛因斯坦說的，光線在加速電梯側面射進來，就會發生偏折，那麼如果從頂部射入一束光呢？如果光從側面射入會發生偏折，那從上射入的光線相對加速電梯是有加速的，其數值是a,與加速電梯的加速度數值相反。


因為等效原理是地面與加速電梯等效，那麼在地球上，如果有一束光從天而降，應該有一個自由落體的加速度，當然，這個加速度與光速比是小的太多了，但足以撼動光速不變假設了。如果等效原理是廣義相對論的基礎，光速不變原理是狹義相對論的基礎，二者是衝突的，不相容的。

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  • 愛因斯坦與廣義相對論
    在「 相對性原理」 和「 光速不變原理」 的基礎之上，愛因斯坦嚴格推出了狹義相對論的核心公式洛倫茲變換，並進一步嚴格推出「同時」的相對性，動尺收縮(即洛倫茲收縮)，動鍾變慢，速度迭加公式，質量公式，質能關係等相對論效應，建立起狹義相對論的完整大廈。在歷史上，洛倫茲收縮公式和洛倫茲變換公式都出現在愛因斯坦提出相對論之前。
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    也就是狹義相對論分析的一切都是以「慣性系」為前提，但是我們現實生活基本都是非慣性系，所以急需一個理論拋開慣性系，讓所有理論再非慣性系也成立，這個理論就是：廣義相對論。廣義相對論中處理「時間變慢」就不需要慣性系了，隨便挑一個參考系就行，儘管這個參考系受力也沒關係，只要是參考系就可以用廣義相對論來分析。
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    1905年，愛因斯坦發展出了狹義相對論，把空間和時間聯繫在一起。光速不變原理和相對性原理在這之中起了重要作用。相對性原理告訴我們，一切慣性系都是平權的，並不存在一個特殊的絕對空間和絕對時間；光速不變原理還告訴我們，光在任何慣性系當中的速度都是一樣的。愛因斯坦通過這兩個原理，獨自推導出了洛倫茲變換。
  • 廣義相對論和狹義相對論
    先來說狹義相對論。簡單來說，狹義相對論是一種新的時空觀，在這種時空觀中，物體的運動速度會影響其質量，空間，以及時間。下面來說說廣義相對論。對於廣義相對論，有一個著名的解釋，「spacetime tells matter how to move; matter tells spacetime how to curve」，來自物理學家Wheeler。意思是，時空決定物質如何運動，物質決定時空如何彎曲。
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    為此，愛因斯坦經過十年的不懈探索最終以廣義協變原理和局部等效原理為基礎於1915年建立了彎曲時空的引力理論即廣義相對論（1916年發表）。雖然廣義相對論已被普遍接受，但是廣義相對論還存在一些理論困難，例如，愛因斯坦引力場方程的許多嚴格解難以找到物理解釋；廣義相對論的量子化（量子引力）問題難以解決，等等。因此，物理學家對廣義相對論的理論基礎、重要預言和理論困難從理論與實驗兩個方面多年來進行了深入的探索，取得了長足的進展。廣義相對論有兩個基本假設：廣義協變原理和（局部）等效原理。
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    廣義相對論描述的是物質與空間、運動與時空之間的精妙聯繫，揭示了萬有引力的本質。1905年，愛因斯坦提出狹義相對論，狹義相對論的時空觀已經顛覆了經典時空觀，但是狹義相對論有一個非常大的缺陷，就是只能描述慣性系，無法描述非慣性系。狹義相對論的主要工作完成後，愛因斯坦著手把相對論推廣到非慣性系，在愛因斯坦苦思之時，腦海裡閃過一個想法——電梯思想實驗。
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    相對性原理，伽利略相對性原理，狹義相對性原理，廣義相對性原理。各有什麼特點？我們說相對性原理是力學的基本原理。比如，運動的相對性，首先要有一個參考物，如果沒有參考物，那麼你對其運動就無法判斷。下面分別說一下伽利略相對性原理，狹義相對性原理，廣義相對性原理。各有什麼特點？一．伽利略相對性原理什麼是伽利略相對性原理呢？
  • 請問,愛因斯坦狹義和廣義相對論是否得到實驗的嚴格驗證?
    請問，愛因斯坦狹義和廣義相對論是否得到實驗的嚴格驗證？這些驗證實驗具體如何做的？狹義和廣義相對論都由愛因斯坦分別在1905年和1915年提出，是世界上最先進的科學理論，為基礎物理奠下了堅實的基礎。狹義相對論的主要內容是狹義相對性（狹義協變性）原理（所有物理定律在慣性參考系中都是平權的，不存在絕對靜止的空間），和光速不變原理，表達式為：S（R,ηαβ）。
  • 為什麼廣義相對論比狹義相對論更完善?原因就在這裡!
    愛因斯坦有兩大著名的相對論，一個是狹義相對論，另一個則是廣義相對論。狹義相對論的提出早於廣義，並且狹義相對論的範圍並沒有廣義那麼大，而且不涉及引力。在愛因斯坦提出狹義相對論之後不久大約10年，廣義相對論便誕生了。
  • 狹義相對論和廣義相對論到底有啥區別?
    之前的所有文章，我們多次談到相對論中的時間膨脹和長度收縮概念，其實這裡所說的相對論僅僅是狹義相對論，其中長度收縮僅僅是一種相對效應，也就是地面人看運動的物體，長度變短了，但是運動物體自己看自身，長度依然是沒變的，這就是長度的相對性，如果不理解這個，可以翻翻前面的文章看下。
  • 愛因斯坦是如何將狹義相對性原理,拓展到廣義相對性原理的!
    愛因斯坦是如何將狹義相對性原理，拓展到廣義相對性原理的！此文說的明白。狹義相對論建立在狹義相對性原理【即在所有慣性系中，物理定律有相同的表達形式。這是力學相對性原理的推廣，它適用於一切物理定律，其本質是所有慣性系平權。】和光速不變原理【任何光線在「靜止的」坐標系中都是以確定的速度c運動著，與光源和觀測者運動無關。】之上。
  • 相對論中:時間在狹義和廣義的概念下有什麼不同?
    其實難懂是因為大家只針對相對論的結論去思考。如果大家能看看狹義相對論的原理還有一些推導過程，會發現並沒有那麼難以理解，一切都結論都是那麼水到渠成。狹義相對論兩大原理光速不變原理（實際叫作光速不疊加更好）狹義相對性原理（後來的廣義相對論，直接推廣為相對性原理）
  • 廣義相對論中引力是如何使時間變慢的?
    按照狹義相對論，運動的尺會縮短，運動的鐘會變慢，這是狹義相對論的「尺縮鍾慢」效應、尺縮鍾慢的意思是，當你測量一個距離，比如地球到月球的距離，你靜止的時候測量到的地月距離是l，當你駕著飛船從地球高速飛向月球時測量到的距離就會小於l，並且速度越大測量到的地月距離就越短。狹義相對論有一條基本原理叫相對性原理，意思是物理規律在所有的慣性系中具有相同的表現形式。
  • 如何自學廣義相對論,這裡有一份秘籍
    著名的物理學家約翰·惠勒是這樣總結廣義相對論的：「物質告訴時空如何彎曲，時空告訴物質如何運動。」前半句概括了愛因斯坦場方程，而後半句則概括了運動方程。它還有個獨特之處，利用場方程能推導出運動方程，這在其它場都是沒有的。這句話也是普通大眾對廣義相對論的理解：物質會導致時空彎曲。事實上，我們的學習欲望不止於此，我們還想學會如何進行廣義相對論計算。
  • 相對論為什麼有「狹義」和「廣義」之分?
    說起愛因斯坦，都知道他提出了著名的相對論。但是你可知道，相對論為什麼有「狹義」和「廣義」之分呢？了解「相對論」對於研究現代物理學的人來說，是十分必要的。據說，相對論的創始人阿耳伯特?愛因斯坦從小就思考這樣兩個問題:（1）如果有人跟著光線跑，並努力趕上它，那麼，這個人將看到些什麼現象呢？
  • 霍金理論是求解相對論!如果沒有愛因斯坦,相對論還會被發明嗎?
    但是你對他的認知客觀嗎？其實愛因斯坦也是人，並不是神！有人說，沒有了愛因斯坦，相對論就不會被發現？那麼這句話到底正確嗎？事實上，對這個問題的客觀回答一定要從物理學史的角度出發。有的人說，沒有愛因斯坦就不會有相對論，這就是沒有系統學習過的物理史造成的誤解。