【极重篇 | 第一章：广义相对论的基本原理】02 等效原理

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2.1 广义相对论广在哪？

狭义相对论的所有结论都是依据唯一的一条公理推导出来的，也就是光速不变原理。那广义相对论的原理是什么呢？答案是等效原理。

跟狭义相对论比起来，广义相对论讨论的范围自然是更广泛的，广在哪呢？

狭义相对论只讨论匀速直线运动，不考虑有加速度的情况。而广义相对论最大的不同，就在于它解决了有加速度的问题。

狭义相对论无非是广义相对论里，假设所有加速度都是零的一种特殊情况而已。再结合时空的扭曲，就引出了等效原理。

2.2 等效原理：引力和加速度是一回事

等效原理，总结起来就一句话，那就是：引力和加速度其实是一回事。

加速度的概念相对简单，也比较好研究。而等效原理传递了一个信息：只要理解了加速度，我们就理解了引力。

据说有这么一个小故事，当年爱因斯坦和居里夫人，还有几个科学家一起去爬山。看到山上的缆车上上下下，于是爱因斯坦得到了一个启发。

如果这个时候缆车的缆绳断了，缆车做自由落体运动下落，那么缆车里的人所感受到的状态，应该和在太空中完全失重的状态是一样的。

顺着这个思路，我们来把这个问题分析的更全面一些。假设你在一艘宇宙飞船里，飞船没有窗户，看不见外面，隔音也很好，听不见引擎声。

这个时候，如果宇宙飞船静止在太空中，或者以匀速直线运动的状态飞行，那么根据经验，飞船应该处于失重状态。

如果你手上有一个苹果，你把苹果放开，这个苹果不会落到飞船的地板上，而是漂浮在原来的位置。

再来考虑另外一种失重状态——自由落体运动。如果这艘宇宙飞船从十万米的高空放开，让它自由下落到地球上，你在飞船下落的过程中放开手中的苹果。

那么对于你来说，苹果还是会漂浮在原来的位置，不会落到飞船的地板上。所以，你完全无法区分宇宙飞船到底是在匀速直线运动，还是在自由落体，因为你都处于完全的失重状态。

用物理学的语言来说，在这两种情况下，你做任何物理实验都无法判断自己的运动状态。但是从飞船外的观察者看来，你的运动状态是不一样的。

无论是在没有引力的太空中，还是在自由落体的过程中，你都感受不到任何力作用在你身上。这就隐约的告诉我们：引力不是力，只是一种加速效果。

这就是等效原理想要传递的信息，一个加速参考系中的物理规律，和一个处在同等引力场里的参考系中的物理规律，是完全一样的。

2.3 等效原理：自由落体运动

再举一个跟自由落体运动相反的例子。你还是坐在一艘宇宙飞船中，飞船没有窗户，看不到外面的情况，隔音很好，无法判断发动机是否在工作。

这个时候突然让宇宙飞船运动起来，以一定加速度开始加速向上运动。我们可以调节发动机，让飞船的加速度等于地球的重力加速度。

这个时候坐在宇宙飞船中的你，会感觉自己突然有了重量。且因为飞船的加速度等于地球表面的重力加速度，你称一下自己的体重，会发现跟在地球表面称出来的体重是完全一样的。

用物理的语言来说，在一艘以地球重力加速度向上加速运动的宇宙飞船中，和在一艘放置在地球表面的宇宙飞船中，你在船舱里做任何物理实验，都将得到一样的结果。

在加速的宇宙飞船里，你手上拿个苹果放开，苹果会自动落到飞船的尾部。对飞船里的你来说，就好像这个苹果经历了自由落体掉到了飞船尾部一样。你完全无法区分自己到底是在一艘加速运动的飞船中，还是在地球表面。

等效原理

你站在地球表面或加速上升的宇宙飞船里，会感受到自己有重力，这个力其实是地球表面给你的支持力，并不是来自于引力。因此，引力的效果不是让你感受到力，而只是让你加速运动而已。

根据这些思维实验，我们可以总结出广义相对论的等效原理：引力就是加速度，它不是一个真实的力。