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

2020-12-17 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

  • 聽民謠學概念之慣性質量和引力質量
    上一期我們聊到了慣性質量出現在牛頓第二定律中,引力質量出現在萬有引力定律中,這二者是分別出現在兩個基本的而且相互獨立的定律中的,顯然,它們在物理本性上是完全不同的。那麼,我們的牛老師是怎樣解決由於慣性質量和引力質量概念不明確給他的研究帶來的困難的呢?他的做法是將慣性質量和引力質量看成不分彼此的、統一的物質的量(質量),數學方法當然是證明引力質量和慣性質量成正比。基本思想有了,實驗驗證就成了最為關鍵的事情。
  • 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
  • 牛頓力學中的一個隱含概念,228年後被愛因斯坦升級為原理
    慣性質量等於引力質量我知道你一定跟我一樣,在處理問題的時候都是這麼弄的,同一個物體的質量在慣性質量和引力質量之間就是相等的。就如前面提到的,先定義好1千克質量的標準物體,然後再去稱量地球的質量這個過程中,默認了慣性質量等於引力質量。
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    正是由於這個原因,到了大學物理中,慣性系的定義被表述為:慣性定律成立的參考係為慣性系。其實不說還好,越說反而越發讓人不懂了。三、牛頓心中的慣性參照系牛頓的觀點我們可以從其發表的《自然哲學的數學原理》一書中找到答案。
  • 質量和重量之間是什麼關係?
    質量是什麼?我們在研究科學問題的時候,尤其是科學家在搞研究發論文的時候,都會想把「定義」講清楚。這個規矩並不是一開始就有的。而是,到了牛頓時期才有的,應該說,這是牛頓的工作方法。他在寫他的著作《自然哲學的數學原理》時,就在開頭10多頁各種下定義,是那種很明確的定義。我們熟悉的「質量」和「力」等概念,也是那時候確立下來的。
  • 引力是什麼?引力真的存在嗎?
    引力存在嗎?我們從小就聽過牛頓被蘋果樹上掉下的蘋果砸,然後腦袋好像開了光一樣,一下就想明白了萬有引定律了。這個故事或多或少是有演繹的成分,真實性堪憂,最早也僅僅載於沒見過牛頓的伏爾泰的書中,他也是打聽來的。
  • 真的是時空彎曲產生引力嗎?
    但物質質量越大,會對時空產生彎曲!這是一種迷惑,是一種引力「假象」。左邊代表時空曲率,右邊代表質量分布。引力在哪裡?你告訴我引力在哪裡?所以不要聽人家說,你也人云亦云。你知道愛因斯坦怎麼寫出這個方程的嗎?了解過廣義相對論的朋友都知道,提出相對論是基於一個簡單的想法,我在前面章節提到過,做過鋪墊。這個想法就是:引力可以局域的等效為物體處於非慣性參考系中【愛因斯坦那個電梯實驗,就是講的等效原理】。這個時候你發現引力在廣義相對論中「不見了」。
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    如果我們回到中學課堂,老師會告訴我們,慣性力是虛擬力。看過李永樂老師講物理的視頻,使用了很多慣性力,並聲稱慣性力是虛擬力。其實我們可以先甄別真假加速度,因為如果加速度是假加速度,那引起加速度的力就是虛擬的,加速度的反力——慣性力那肯定是虛擬的。
  • 憑什麼引力越大時間越慢
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  • 10分鐘就能懂的引力時間延緩公式推導
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  • 慣性等於慣性定律?這兩者區別大了,學會了不失分
    有些同學在學習慣性和慣性定律時,以為這兩者是一樣的,其實這兩者的區別很大的。慣性:物體保持原來的靜止或勻速直線運動狀態的性質叫做慣性。物體無論是否受力都有保持運動狀態不變的性質,因此,牛頓第定律又稱慣性定律。對慣性的三點認識(1 )慣性的普遍性:一切物體在任何情況下都具有慣性。無論是固體、演體,還是氣體,無論物體質量大或小,是靜止還是運動,是受力還是不受力,物體都具有慣性。
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  • 青春歌詞③:慣性
    簡 單 純 淨 慢 生 活 慣性與個性,本不是同一維度上的兩個概念,但在青春語境裡,慣性和個性作為一組反義詞也很容易理解。那些歷經風雨積澱而成的人類共性,體量大,慣性強;那些經年累月形成的個人習慣,佔時長,所以慣性也強。是順從慣性,還是凸顯個性?或者說在多大程度上接受慣性,在多大程度上堅持個性?無疑是從青春起步時就會遇到的人生課題。
  • 學者:行星圍繞太陽的運動是慣性 不需要萬有引力
    美國俄克拉荷馬大學的天文學家近日發表論文稱,他們利用美國國家航空航天局錢德拉X射線衛星的數據以及微引力透鏡效應,在一個距離我們38億光年的星系中找到了一批行星,這是人類第一次發現銀河系外行星。  引力不是物質之間剪不斷的相互吸引嗎?它為何能幫助科學家「看見」行星?它的本質到底是什麼?