牛顿认为惯性是物体内在的属性,不受其他事物的影响。而马赫认为,物体的惯性来自于它和宇宙空间中所有物质的相互作用,说简单点就是宇宙的恒星背景对物质的引力拖拽。
所以说,惯性其实也是一种实在的力, 是由引力引起的拖曳效应。比如,在一个黑暗的夜晚,你抬头仰望星空,这是你看不到星空背景在相对于你旋转,而且你的手臂也是自然的下垂状态,现在你原地快速转圈,当你看到星空背景快速旋转的时候,你的手臂也会微微的张开。
我们知道手臂的张开是为惯性的原因,但是惯性怎么来的?按照马赫的解释就是当你快速转动起来的时候,宇宙中所有的物质对你手臂产生了引力拖拽,导致了你的手臂总是想保持原来的运动状态。
如果把马赫的解释用在牛顿的水桶实验上,就说明了水不是在相对于绝对空间在转动,相对于绝对空间的转动并不能引起水面下凹,而是水在相对于地球,相对于附近的所有星球,以及遥远的星空背景旋转,宇宙中所有物质的引力会对水产生拖拽,因此表现出了惯性。
地球的自转也一样,我们知道由于地球在自转,所以导致了赤道隆起,那么根据马赫的解释,我们还能得出这样一个诡异的推论,哪怕地球从诞生之初就没有自转,而所有的星空背景快速的绕着地球转动,那么地球的赤道照样会隆起。
马赫对牛顿绝对空间,以及绝对运动的批评对爱因斯坦的启发很大,但是马赫说惯性的由来,是外部物质的引力作用,这件事还有待商榷。
不过,这也是目前对惯性起源最好的解释了,在爱因斯坦广义相对论出来以后,也支持了马赫的说法,按照马赫的解释,一个物体的惯性来自于宇宙中所有的物质,最主要的还是遥远的恒星背景,但是这个物体要是靠近一个星球,那么这个星球的引力也会对这个物体的惯性产生影响。
比如按照马赫的解释,一个陀螺仪,如果在宇宙深空中转动起来,在没有外界干扰的情况下,那么它的轴将指向星空背景的某一点,不会发生移动,因为导致陀螺仪转动的惯性是整个星空背景提供的,这个影响各向同性的。
如果这个陀螺仪靠近一个星球的的话,那么这个星球的引力作用将会影响陀螺仪的转动惯性,导致陀螺仪的转动轴相对于恒星背景发生转动。
我们知道广义相对论说,引力其实是质量引起的时空弯曲,也称为测地线效应,而且还预言了惯性参考系拖拽现象,也就是一个快速转动的星球,会对它周围的时空产生拖拽的现象。
为了验证以上的两个预测,同时也为了检验广义相对论的正确性和准确性,人们就在1976年和2004年分别发射了两个卫星,引力探测器A和引力探测器B,上面都安装了精度非常高的陀螺仪。
实验结果表明陀螺仪的转动轴确实发生了偏转,虽然实验精度不够,但是也验证了广义相对论的预测,同时也间接地验证了马赫的说法。