上节课我们说了,爱因斯坦创立广义相对论的动机,他想抛弃惯性系这个并不存在参考系,把物理定律不变推广到非惯性参照系中。
可是在非惯性参考系中,如何处理惯性力这个大难题?比如一个旋转的参照系,它会明显地感受到一个惯性离心力的作用,一个加速运动的参照系,也会存在一个和加速方向相反的惯性力,这个惯性力的存在,明显会导致物理定理在非惯性系中发生改变。
那么如何处理这个惯性力?在考虑这个问题的时候,奥地利物理学家马赫的思想对爱因斯坦的启发很大。
在一开始我讲相对论的时候,说了牛顿的水桶实验,牛顿用这个实验想证明绝对空间的存在,认为是水相对于绝对空间在旋转,才导致了水面的下凹。
而马赫并不赞同牛顿的观点,认为绝对空间并不是导致惯性离心力的原因,如果把宇宙中的所有物质剔除掉,只剩下一桶水在空间中旋转,水面并不会下凹。
因为马赫认为惯性力的本质是,水和宇宙中其他所有物质引力相互作用的结果,其他物质都消失了,惯性力就不存在了,当然物体也就没有了惯性。
因此,马赫认为水桶实验并不能证明绝对空间的存在。水是在相对于恒星背景在旋转,恒星背景对水的引力拖拽导致了水面下凹。
马赫对惯性和惯性力起源的说法对不对,现在还不能十分的肯定,但是马赫把惯性力和引力联系在一起,认为引力是导致惯性力的原因,给了爱因斯坦很大的启发。
所以爱因斯坦也按照这个思路去想问题,这惯性力是不是和引力有某种关系。
那么惯性力是什么?
在牛顿力学中,惯性力和惯性质量成正比,也就是一个加速物体的惯性质量越大,与加速度方向相反的惯性力就越大。
那么惯性质量是什么?在牛顿第二定理中的m,就是惯性质量,表示了一个物体抵抗外力的能力,或者说是,衡量一个物体运动状态改变的难易程度。
惯性质量可以根据施加的力,以及产生的瞬时速度变化(也就是加速度)来算出。
那么什么是引力?