相对论的基本原理 广义相对论的另一个基本原理——等效原理
基础教案
广义相对性原理和等效原理狭义相对论认为,在不同的惯性参考系中一切物理规律都是相同的.爱因斯坦在此基础上又向前迈进了一大步,认为在任何参考系中物理规律都是相同的,这就是广义相对性原理.
下面介绍广义相对论的另一个基本原理-等效原理.
等效原理
假设宇宙飞船是全封闭的,宇航员和外界没有任何联系,那么他就没有任何办法来判断,使物体以某一加速度下落的力到底是引力还是惯性力.实际上,不仅是自由落体的实验,飞船内部的任何物理过程都不能告诉我们,飞船到底是在加速运动,还是停泊在一个行星的表面.这里谈到的情景和本章第一节所述伽利略大船中的情景十分相似.这个事实使我们想到:一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价.爱因斯坦把它作为广义相对论的第二个基本原理,这就是著名的等效原理.
在那个时代,广义相对论与其他物理理论相比仍保持了一种神秘感。由于它和狭义相对论相融洽,并能够解释很多牛顿引力无法解释的现象,显然它要优于牛顿理论。爱因斯坦本人在1915年证明了广义相对论是如何解释水星轨道的反常近日点进动的现象,其过程不需要任何附加参数。另一个著名的实验验证是由亚瑟·爱丁顿爵士率领的探险队在非洲的普林西比岛观测到的日食时的光线在太阳引力场中的偏折,其偏折角度和广义相对论的预言完全相符,这一发现随后被全球报纸竞相报导,一时间使爱因斯坦的理论名声赫赫。但是直到1960年至1975年间,广义相对论才真正进入了理论物理和天体物理主流研究的视野,这一时期被称作广义相对论的黄金时代。物理学家逐渐理解了黑洞的概念,并能够通过天体物理学的性质从类星体中识别黑洞。在太阳系内能够进行的更精确的广义相对论的实验验证进一步展示了广义相对论非凡的预言能力,而相对论宇宙学的预言也同样经受住了实验观测的检验。
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