6-5　引力和等效原理

下面我們準備討論引力定律。愛因斯坦嘗試創(chuàng)立一個與狹義相對論相容的引力理論，狹義相對論是他在早些時候創(chuàng)立的理論。他苦思冥想，最終悟出了一條重要的原理，這條原理引導他得出正確的定律。這條原理是根據(jù)失重的概念提出來的，當一件物體自由下落時，它內(nèi)部的所有東西似乎沒有重量。比如說，一顆在軌道上運行的人造衛(wèi)星就在地球的引力中自由下落，它里邊的宇航員就感覺到失重。更嚴格地陳述時，這個概念就叫做愛因斯坦的等效原理。它來自這樣一個事實，所有的物體以完全相同的加速度下落，不管這些物體的質(zhì)量有多大，也不管它們由什么東西構(gòu)成。假如我們有一艘“依靠慣性飛行的”宇宙飛船（因此它就處于慣性運動狀態(tài)），并有一位宇航員在里邊，那么，支配著宇航員和飛船下落的定律是一樣的。因此，如果他站在飛船的中央，他就會停留在那里。他并不相對于飛船下落。這就是我們說他“失重了”所表示的意思。

下面，假設你乘坐在一艘正在加速的火箭動力飛船中。相對于什么在加速呢？我們就只是這么說吧，它的發(fā)動機在開動，并且產(chǎn)生一個推力，因此，它并不是依靠慣性飛行而處于慣性運動狀態(tài)。此外，還想象你在空無一物的太空中航行，因此，實際上沒有一點引力作用在飛船上。假如飛船以“1g”的加速度加速前進，你就能夠站在“地板”上，并感受到正常的體重。還有，如果你松手放開一個球，這個球就會朝著地板“落下去”。為什么會這樣呢？因為飛船正在“朝上”加速，但是，卻沒有力作用到球上，因此，這個球就不會加速；它將被留在后面。在飛船的里邊，這個球就會顯得好像具有一個朝下的、數(shù)值等于“1g”的加速度。

下面，我們把上述情形與在地球表面上靜止不動的宇宙飛船中的情形做個比較。所有的事情都是一樣的！你將受到朝向地板的力的作用，一個球?qū)?g的加速度下落，如此等等。總之，在飛船的里邊，你如何能夠判斷出，自己到底是?？吭诘厍虻谋砻嫔?，還是正在真空中加速前進呢？根據(jù)愛因斯坦的等效原理，假如你只是測量飛船里邊發(fā)生的事情，那么，沒有任何辦法做出判斷！

嚴格地說，上述說法只在飛船里邊的一個點上是正確的。地球的引力場并不是絕對均勻的，因此，一個自由下落的球在不同的地點具有稍微不同的加速度——方向和大小都會改變。不過，假如我們想象一個嚴格均勻的引力場，那么，它在每一個細節(jié)上都完全由一個具有恒定加速度的系統(tǒng)來模擬。這就是等效原理的基本依據(jù)。