在前文里面,小编跟各位小伙伴一起探讨了狭义相对论的困难。其中重要的一条就是在狭义相对论中没办法定义惯性系。爱因斯坦对这个问题的处理是大胆而且天才的。
他为了解决这个问题做了一个假设,即:假定相对性原理和光速不变原理对任何参考系都成立,而不仅仅只对惯性系成立。也就是说扩大了相对性原理和光速不变原理的适用范围;这样,狭义相对性原理被推广为广义相对性原理:
1、一切参考系都是平权的,物理定律在任何坐标系下形式都不变,即具有广义协变性。
2、任意观测者测量的光速都是c。
这样做的意思就是说,物理定律和光速不论对于惯性系(静止、或匀速直线运动)、非惯性系(加速运动或圆周运动)的系统中都成立,在一个参考系中建立起来的物理定律,通过适当的坐标变换,可以适用于任何参考系。相对性原理最初是由伽利略提出,当时的适用范围是经典力学。爱因斯坦将其推广到非惯性参考系中,包含力学和电磁学的整个经典物理学范围,后来更进一步将引力现象也包含进来。
爱因斯坦采用这样的处理方法带来的后果是很显然的,那就是如何处理惯性力。这种力是惯性系中没有的,但是在非惯性系中普遍存在。有了这个力的存在,物理系统就有可能会附加新的效应,从而改变物理规律的形式。惯性力具有两个特点:
1、跟物质的相互作用无关,惯性力没有反作用力;
2、惯性力与物质的质量成正比,因此这个力的大小与物质的质量和物质成分无关。
关于惯性力的第一个特点是很多人都不能理解的,有的人甚至弄出个甩转力的名词,小编也只能呵呵了。
至于惯性力的第二个特点非常容易使人想到引力。因为引力也是与质量成正比,而与物体的成分无关。爱因斯坦的高明之处就是在这里,他能从纷繁复杂的现象中看出事物的本质,他猜想惯性力与引力有相同或者相近的本质,从而提出了等效性原理。这个部分,我们在以后的篇幅中讨论。
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