爱因斯坦的电梯假想实验是怎样的?他得出了哪
在这个奇妙的物理世界里,我们着自然法则的奥秘。有一种观点,认为所有的系统都遵循相同的自然规律,这一观点在物理学的天空中闪耀着光芒。当我们把这一理念推广时,我们会发现,自然法则并非仅仅在某个特定的系中独舞,而是无处不在,于每一个细微之处都展现着它的风采。
想象一下,我们身处一个自由下落的电梯,仿佛是一个小小的伽利略实验室。在这个电梯里,一个人让他的表和手绢落下。对于电梯外的人来说,他们会认为这一切都在以相同的速度下落。依据等同性原理,无论物体的质量如何,它们在引力场中的运动方式都是一样的。表、手绢、人和电梯之间的相对距离保持不变。而从电梯内部的人看来,表和手绢似乎并没有移动,依然停留在刚刚释放的位置。
当电梯遭遇加速运动时,情形会变得更为有趣。假设我们的这位冒险者给手表或手绢一个特定的速度,它们会以恒定的速度沿直线运动。电梯就像一个在伽利略系统中的舞台,展现着奇妙的物理现象。这样的情景不会永远持续下去,因为电梯最终可能会因为撞击而停止。对于电梯外的人来说,他们会观察到加速度带来的奇妙效应,而对于电梯内的人来说,他们会将这一切归因于引力场的作用。
为了进一步证明引力场的存在,我们可以设想一束光线透过电梯的窗户射在对面墙上。对于电梯外的人来说,由于电梯的向上运动,光线会稍微偏离直射点。但对于电梯内的人来说,他们处于引力场中,他们会观察到光线并没有受到引力影响,而是恰好落在入射点正对的墙上。两种观察引发了不同的解释,但这其实验证了引力场的真实存在和它对光线的影响。
当我们深入这一现象时,我们会发现光其实是有能量的,而这种能量具有质量(记住一焦耳能量的质量是M=E/C^2)。在强引力场附近,光线会受到微小的影响而发生弯曲。这一现象已经被观测到,比如在太阳附近,由于太阳的巨大质量导致光线发生弯曲。这个现象正是爱因斯坦理论的实证。
结论就是,我们可以通过引入引力场的概念来模拟一个加速系统作为伽利略系统。这个概念适用于所有类型的运动,无论是旋转还是非均匀加速运动。在这个奇妙的物理世界中,广义相对论与实践完美地契合在一起。就像我们从这些实验中领略到的那样,物理学的奥秘无处不在,每一次都是一次对自然法则的新的领悟。以上这些精彩的例子都来自于爱因斯坦和Leopold Infeld所著的《物理观念的发展》。