上节课我们说了,爱因斯坦根据惯性质量和引力质量相等这件事,得出来加速度和引力等效,这就是我们所说的等效原理。
有了等效原理,接下来爱因斯坦就可以利用加速度来研究引力了。因为在加速度下成立的所有物理定律,在引力作用下都是成立的,毕竟它俩等效嘛。
首先,爱因斯坦就发现了一个违反常识的事情。光从来都不走直线。
以前,我们认为光总是沿着直线传播,这一点已经成为了我们的生活常识,但是爱因斯斯坦现在却说,光从来都不走直线。
因为加速度可以使得光线弯曲,进而我们就能知道,当光线经过有引力的地方时,就会发生弯曲。
为了说明这个问题,爱因斯坦做了如下的思想实验,现在有一部密封的电梯,从电梯的左边射进来一束光穿过电梯空间,照射到电梯的右边。那么这束光会走出什么样的路径?
可能的路径有三条:
当电梯和水平方向的光线没有相对运动的时候,光线会在电梯里走出一条直线,照射到右边相同的高度上。
当电梯和水平方向上的光线有相对运动,电梯在向上匀速运动,当光线从左边射进来,到右边的过程中,电梯向上匀速移动了一段距离,所以光线达到右边的时候就会比射进来的位置低一点,不过光线依旧是直线,类似于偏折了一下。
当电梯和水平方向上的光线有一个加速度,那么光线射到右边肯定比进来时的位置低,而且如果你把每个时刻光线的位置记录下来,然后连起来就会发现光其实是走过了一条曲线。
这说明,在有加速度的情况下,光线的路径发生了弯曲。由于加速度等效于引力,电梯向上加速,就类似于人为制造出了一个引力场,因此爱因斯坦就推断,当光线经过引力场的时候,也会发生弯曲。
不过,像我们地球这点引力加速度对光来说根本不值一提,再加地球的尺度对光来说也很小,从一个地方到另外一个地方,光很快就会达到。
所以在日常生活中,我们总是会看到光沿直线传播,从来没有发现,光从一点出发,达到另外一点的时候位置向下发生了偏移。