电梯思想实验是爱因斯坦最著名的实验之一。在这一其最引以为傲的思想实验中,爱因斯坦描述了一幅场景,一个男子位于一个自由下落的电梯之中。爱因斯坦认识到,如果电梯持续下落并未及地表,那么这个不幸的男子就会浮起来,因此他会感觉到失重。这一思想的含义在今天看来似乎无关紧要,但是对于我们理解宇宙却具有重大意义。值得强调的是,这一想法对于实现人类时光旅行的深切愿望具有重要意义。
问题在于,没有摆脱地球引力影响的时候,当一个人处在一个断掉钢缆的不断下落的电梯中,为什么会感觉到失重,就像漂浮在外太空中一样?如果这一点令人觉得不可思议,那大概是因为人们普遍坚信一个误解,即是地心引力让我们有了重量。
质量与重量的区别当你从窗户往下跳的时候,重力当然仍旧是存在的。如果没有地心引力,下降的速度就不会加快。根据牛顿第二运动定律,如果不涉及力,加速度就不可能实现;事实上,当你从窗户往下跳(提醒你不要这么做),你不是匀速坠落而是加速坠落的,也就是说,你每秒下降得比之前更快。而正是重力造成了这一加速度。由地心引力造成的加速度用“g”表示,其值为9.8 m/s²。
有一篇文章对此做出过阐释:
“质量”是物体所包含的物质量,“重量”是一物体只在重力影响下对另外一个物体施加的力。质量的大小不受重力的影响;而重量是重力自身的体现。
尽管重力会对质量产生影响,但是重量却不是由它产生的,而是产生于另外一种大小相等方向相反的力。
根据牛顿第三运动规律,每一作用力都有与之大小相等方向相反的反作用力。物体的重量是地球对其施加的法向力,是当物体置于地球表面时对地球施加的力的反作用力,其实质就是一种等量反向的力。由于相互作用的两个质点间的作用力和反作用力是大小相等的,因此重量实际上是用来衡量地球对物体的拉力有多大的量度。因此,同其他任何力一样,重量用标准力单位牛顿(N)来表示。