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dev.devv.cc/mp3/漫谈相对论（五）什么是惯性参考系_爱因斯坦如何提出等效原理___爱因斯坦的狭义相对论有个致命的漏洞：无论是光速不变原理，还是相对性原理，都建立在惯性参考系这个概念基础上，但是惯性参考系却没有清楚的定义。爱因斯坦在研究自由落体运动时，想到了等效原理：物体处于引力场中，等效于存在相反方向的加速度。利用这个原理，爱因斯坦把狭义相对性原理进行了拓展，提出了广义相对性原理：所有参考系下物理规律保持不变。.mp3
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curl -O dev.devv.cc/mp3/漫谈相对论（五）什么是惯性参考系_爱因斯坦如何提出等效原理___爱因斯坦的狭义相对论有个致命的漏洞：无论是光速不变原理，还是相对性原理，都建立在惯性参考系这个概念基础上，但是惯性参考系却没有清楚的定义。爱因斯坦在研究自由落体运动时，想到了等效原理：物体处于引力场中，等效于存在相反方向的加速度。利用这个原理，爱因斯坦把狭义相对性原理进行了拓展，提出了广义相对性原理：所有参考系下物理规律保持不变。.mp3
1 0.09-0.81 120 各位同学大家好，
2 0.93-1.77 420 我是李勇的老师。
3 2.19-4.29 420 今天我们继续来聊相对论的话题。
4 4.71-7.17 180 在爱因斯坦提出侠义相对论之后啊，
5 7.35-11.37 420 许多科学家都对这种惊世骇俗的世界观产生过质疑。
6 11.79-12.63 240 比如说马赫、
7 12.87-13.29 180 庞加莱、
8 13.47-14.13 300 洛伦兹等人，
9 14.43-16.23 360 他们都是相对论的先驱，
10 16.59-19.29 600 但是呢最初都怀疑相对论的正确性，
11 19.89-23.73 480 不过他们都没有发现侠义相对论真正的问题所在。
12 24.21-24.81 120 这个问题呢，
13 24.93-28.59 780 是在十年之后的一九一五年由爱因斯坦本人发现的。
14 29.37-32.44 480 那么狭义相对论究竟有什么问题呢？
15 32.92-35.02 240 狭义相对论中呢有两条基本原理、
16 35.26-37.06 420 相对性原理和光速不变原理。
17 37.48-39.22 240 如果非要找一条更基本的，
18 39.46-41.02 480 我想应该是相对性原理。
19 41.5-43.12 240 在所有惯性参考系中，
20 43.36-44.62 480 物理规律都是相同的。
21 45.1-47.5 300 那么什么是惯性参考系呢？
22 47.8-52.78 480 我们通常说呀惯性参考系就是静止或者匀速直线运动的参考系。
23 53.26-56.62 420 比如说匀速运动的火车就是一个惯性系，
24 57.04-60.53 440 在火车上做任何物理实验都和地面上没有区别，
25 60.97-63.85 370 但是加速运动的火车就不是惯性系了。
26 64.22-67.76 360 如果火车加速在车厢里看地板上有一个小球，
27 68.12-69.74 240 虽然没有受到水平方向的力，
28 69.98-71.42 530 但是也会向后滚动。
29 71.95-75.07 640 但是啊这种说法存在严重的理论缺陷，
30 75.71-77.21 239 静止和运动都是相对的。
31 77.449-79.13 180 只有相对于惯性参考系，
32 79.31-82.15 380 静止或匀速直间运动的参考系才是惯用参考器。
33 82.53-85.35 410 就比如说你要判断火车是不是惯性系，
34 85.76-89.0 380 不光要看火车有没有在地面上静止或匀速，
35 89.38-92.74 470 你还得判断地面本身是不是静止或匀素的。
36 93.21-95.61 180 如果你用这种办法去寻找惯性系的话，
37 95.79-99.84 350 那就逼迫我们承认宇宙中存在一套特殊的参考系。
38 100.19-101.99 240 他们彼此之间是等价的，
39 102.23-103.01 420 他们是惯性系，
40 103.43-107.21 710 而其他的参考器呢与它们是不等价的就不是惯性器。
41 107.92-111.4 430 其实呢这种想法还是牛顿的绝对时空观，
42 111.83-115.07 330 只不过牛顿认为存在一个绝对的空间，
43 115.4-118.52 360 而这种观点认为存在一套绝对的空间，
44 118.88-120.98 430 二者呢其实并没有本质的区别。
45 121.41-123.63 180 还有一种说法是惯性参考系，
46 123.81-126.09 460 就是牛顿第一定律成立的参考系。
47 126.55-129.67 120 也就是啊如果你在一个参考器里不受力的物体，
48 129.79-131.95 410 能够保持静止或者匀速直线运动，
49 132.36-134.64 680 那么这个参考系就是惯性参考系了，
50 135.32-138.32 800 可是我们真的能够找到一个不受力的物体吗？
51 139.12-141.16 240 宏观的作用力主要有电磁力，
52 141.4-142.24 310 还有万有引力，
53 142.55-145.1 450 那么电磁力呢是可以用导体壳来屏蔽的。
54 145.55-147.409 641 不过万有引力不能屏蔽，
55 148.05-149.43 430 比如说飞船里有一个石头，
56 149.86-152.98 460 它相对于飞船呢正在做匀速直线运动，
57 153.44-155.48 510 你也不能说飞船就是惯星系，
58 155.99-161.69 550 因为你不知道这块石头是不是受到了飞船或者来自其他星球的引力。
59 162.24-163.68 120 如果我们打开中学课本啊，
60 163.8-165.06 600 你可能会看到这样的文字，
61 165.66-167.46 480 地球呢接近于一个惯性系，
62 167.94-170.04 520 太阳呢是比地球更好的惯性系。
63 170.56-173.44 540 银河系中心呢又是比太阳更好的惯性系。
64 173.98-177.58 1050 这种说法其实回避了究竟什么是惯性参考系的问题。
65 178.63-180.91 240 爱因斯坦在提出狭义相对论之后，
66 181.15-183.49 310 反复思索惯性参考系到底是什么？
67 183.8-187.7 240 他实在找不出惯性参考系和其他非惯性参考系的区别，
68 187.94-192.08 560 那么凭什么物理规律就只能在惯性参考系中成立呢？
69 192.64-196.9 470 建立在惯性参考系上的相对性原理很有可能是有问题的，
70 197.37-199.89 510 整个狭义相对论没有坚实的根基。
71 200.4-203.28 120 爱因斯坦回想自己创立狭义相对论的过程，
72 203.4-205.74 390 就是大胆的把一些无法测量的假设，
73 206.13-207.63 450 比如说绝对空间去掉，
74 208.08-210.48 240 取而代之的是一种更加合理的假设。
75 210.72-211.68 550 比如说光速不变，
76 212.23-216.25 180 那么现在既然没有办法来确定哪个参考系是惯用参考系，
77 216.43-217.45 320 为什么不大胆一点，
78 217.77-219.27 300 认为在所有参考系下，
79 219.57-221.31 390 物理规律都是一样的呢？
80 221.7-224.46 370 于是啊爱因斯坦就把狭义的相对性原理，
81 224.83-227.29 370 所有惯性参考器下物体规律相同，
82 227.66-229.52 410 修改成广义的相对性原理，
83 229.93-232.09 790 所有参考系下物的规律相同了。
84 232.88-234.32 120 你可能会感觉到奇怪啊，
85 234.44-238.29 400 那匀速运动的火车上一个小球会竖直下落，
86 238.69-240.52 179 而加速运动的火车上呢，
87 240.699-243.22 420 一个小球松手之后会斜着往下落，
88 243.64-246.58 350 这两个参考系怎么会有相同的物理规律呢？
89 246.93-248.34 480 这就涉及到第二个问题了，
90 248.82-250.92 860 引力和加速度的等效性。
91 251.78-255.32 490 传说呀伽利略在比萨斜塔上扔下了两个铁球，
92 255.81-258.57 180 结果发现无论铁球质量大小如何呢，
93 258.75-259.95 480 他们都是同时落地的。
94 260.43-262.71 240 虽然这个实验不一定真实的发生过，
95 262.95-266.36 550 但是人们对这个现象的重复从来就没有停止过。
96 266.91-268.05 180 在上中学的时候啊，
97 268.23-270.39 460 老师会把一个管子中间抽成真空，
98 270.85-272.65 490 让羽毛和硬币同时下落。
99 273.14-273.8 180 你会发现呢，
100 273.98-276.02 410 他们同时落到管子的另外一端，
101 276.43-277.78 490 这叫做毛浅管实验。
102 278.27-279.23 120 在一九七一年呢，
103 279.35-286.45 490 阿波罗十五号的宇航员大卫斯科特在没有空气的月球表面上同时扔下了一把锤子和一根羽毛。
104 286.94-289.22 360 在地球上亿万电视观众的面前，
105 289.58-291.68 120 锤子和羽毛同时落在月球。
106 291.8-294.29 299 表面上爱因斯坦呢也在思考这个问题。
107 294.589-294.83 480 他说，
108 295.31-299.45 180 小球下落是因为受到地球的引力而引力的产生，
109 299.63-301.91 440 是因为地球周围有引力场，
110 302.35-303.43 300 小球又具有质量，
111 303.73-306.73 260 小球受到的引力正比于小球的质量，
112 306.99-309.93 390 那么这种质量应该叫做眼力质量，
113 310.32-313.5 490 也就是力等于引力场乘以引力质量。
114 313.99-315.61 239 而根据牛顿第二定律呢，
115 315.849-317.95 360 物体受到外力之后会产生加速度，
116 318.31-320.11 120 这个加速度与外力成正比，
117 320.23-321.13 400 与质量成反比。
118 321.53-323.509 271 这个质量叫做惯性质量，
119 323.78-325.55 500 他是牛顿第二定据中的一项，
120 326.05-329.4 760 也就是力等于惯性质量乘以加速度。
121 330.16-333.04 240 现在呀如果一个物体只受到引力，
122 333.28-338.63 420 那么它的加速度就应该等于引力质量除以惯性质量在乘以演内场。
123 339.05-341.09 300 对伽利略自由落体实验而言，
124 341.39-344.04 400 引力场是地球提供的是固定的，
125 344.44-345.58 300 无论大球还是小球，
126 345.88-347.14 430 下落的加速度都一样。
127 347.57-351.77 560 这就说明啊两个球的引力质量和惯性质量的比是相同的。
128 352.33-355.27 180 如果物体的引力质量和惯性质量的比是相同的，
129 355.45-356.71 180 那么通过调整单位，
130 356.89-360.43 490 我们就可以认为引力质量完全等于惯性质量，
131 360.92-362.84 180 物体的质量可以引起引力，
132 363.02-364.1 330 又可以产生惯性，
133 364.43-365.87 370 这两个性质并不一样。
134 366.24-368.58 420 所以呢这两个质量也没有理由一定相等。
135 369.0-370.62 120 然而根据实验的结果呢，
136 370.74-372.54 430 他们又好像确实是相等的。
137 372.97-374.05 300 后面我们会看到啊，
138 374.35-376.15 370 引力质量与惯性质量相等，
139 376.52-379.28 580 其实是广义相对性原理的一个结论。
140 379.86-380.16 180 有一天，
141 380.34-381.54 119 爱因斯坦坐在办公室里，
142 381.659-382.98 180 又在思索眼力的问题。
143 383.16-386.34 410 他看在窗外猛然想到了一件非常可怕的事儿，
144 386.75-388.91 240 如果一个人不慎从楼上跌落，
145 389.15-390.23 300 他会有什么感觉呢？
146 390.53-390.95 410 显然呢，
147 391.36-393.58 540 相对于地面人正在自由落体。
148 394.12-395.8 179 但是相对于人本身而言，
149 395.979-397.42 230 他会感觉自己飘起来了，
150 397.65-399.81 240 就好像完全不受地球引力一样，
151 400.05-401.43 180 用牛顿定律来解释，
152 401.61-403.23 450 这叫做完全失重。
153 403.68-405.33 240 可是如果这个人闭上眼睛，
154 405.57-407.25 240 周围也没有空气阻力的话，
155 407.49-411.69 360 他似乎也没有办法区分自己到底是受到引力并且下落，
156 412.05-414.15 670 还是漂浮在茫茫的宇宙中，
157 414.82-419.68 580 仿佛向下的引力和向下的加速度效果可以抵消一样。
158 420.26-421.34 240 爱因斯坦又想啊，
159 421.58-423.02 360 如果有人在宇宙飞船中，
160 423.38-425.3 300 飞船航行在茫茫宇宙里，
161 425.6-428.06 310 原本呢人在太空飞船里是失重的，
162 428.37-432.63 300 可是突然有一天他感觉自己被一股力量拉向了飞船的地面，
163 432.93-434.37 590 这是什么原因造成呢？
164 434.96-437.96 460 第一种可能是啊飞船正停在某个星球上，
165 438.42-439.68 240 星球对人有引力。
166 439.92-441.12 180 那么在引力的作用下呢，
167 441.3-442.98 640 人被拉向了飞船的地面。
168 443.62-447.3 180 还有第二种可能飞船正航行在茫茫宇宙里，
169 447.48-448.74 180 周围并没有任何星球，
170 448.92-449.52 400 对人有引力。
171 449.92-453.04 440 但是呢飞船此刻正在有向上的加速度，
172 453.48-456.36 350 于是相对于飞船人就会加速下落了。
173 456.71-459.41 420 也就是如果人感受到向下的力，
174 459.83-463.07 390 极有可能是因为受到了星球向下的引力，
175 463.46-466.7 590 也有可能是因为飞船具有向上的加速度。
176 467.29-469.39 300 如果这个人在飞船中不向外看，
177 469.69-472.99 570 他根本没有办法区分自己到底是哪种情况。
178 473.56-477.46 120 看起来啊静止在引力场中的飞船和没有引力场，
179 477.58-481.94 330 但是有加速运动的飞船内部的物理规律呢是完全相同的。
180 482.27-482.75 240 想到这里，
181 482.99-483.95 500 爱因斯坦顿悟了，
182 484.45-485.77 360 物体处于引力场中，
183 486.13-487.03 120 等效于物体，
184 487.15-488.53 330 具有一个相反的加速度。
185 488.86-492.22 740 这就是爱因斯坦在一九零七年提出的等效原理，
186 492.96-495.12 300 引力大小正比于物体的引力质量，
187 495.42-499.44 350 而加速度产生的等效引力呢正比于物体的惯性质量，
188 499.79-502.01 230 又因为引力质量等于惯性质量，
189 502.24-506.89 430 所以真实的引力才能和加速度产生的等效引力是一样大的。
190 507.32-508.1 240 按照等效原理，
191 508.34-512.54 680 爱因斯坦想到了与牛顿定律不相同的关于惯性参考系的看法。
192 513.22-515.26 300 如果一个人站在地面上静止不动，
193 515.56-516.88 380 另外一个人呢自由落体，
194 517.26-518.16 240 他们谁是惯性呢？
195 518.4-520.62 430 我们先来看站在地面上静止的人，
196 521.05-522.01 180 按照牛顿定律啊，
197 522.19-524.59 500 这个人受到向下的引力和向上的支持力，
198 525.09-525.87 300 合力呢是零，
199 526.17-527.25 440 所以应该是惯性的。
200 527.69-529.31 490 可是按照广义相对论呢，
201 529.8-530.76 240 向下的引力，
202 531.0-532.68 360 等效于向上的加速度，
203 533.04-536.4 360 我们完全可以认为这个人只受到地面的支持力。
204 536.76-538.38 360 同时正在向上加速，
205 538.74-540.18 230 所以他不是惯性的。
206 540.41-541.76 520 我们再来看自由落体的人，
207 542.28-543.42 240 按照牛顿定律呢，
208 543.66-546.42 180 这个人受到引力具有向下的加速度，
209 546.6-547.98 330 所以肯定是非惯性的。
210 548.31-549.93 360 但是按照广义相对论呢，
211 550.29-553.23 330 向下的引力等效于向上的加速度，
212 553.56-554.88 300 那么两个加速度抵消，
213 555.18-556.44 500 这个人就没有加速度了。
214 556.94-557.9 300 或者说反过来啊，
215 558.2-560.48 300 向下的加速度等于向上的引力，
216 560.78-561.74 240 两个引力抵消，
217 561.98-563.06 530 这个人也没有受力，
218 563.59-564.55 240 这个人既不受力，
219 564.79-565.569 241 也没有加速度，
220 565.81-568.51 390 所以自由落体的人才是惯性的。
221 568.9-570.7 179 所以啊按照广义相对论，
222 570.879-573.7 420 我们反而需要给出完全不同的惯性系定义。
223 574.12-575.02 120 除了引力之外，
224 575.14-577.06 240 不再受到其他任何力的作用，
225 577.3-580.24 780 而且不旋转的物体处于惯性状态。
226 581.02-583.84 570 现在我们可以回答最开始提出的问题了。
227 584.41-586.69 240 在一系列加速运动的火车中，
228 586.93-590.11 350 物理规律为什么与匀速运动的火车是一样的呢？
229 590.46-591.36 470 我们可以这样理解，
230 591.83-593.33 240 当火车加速的时候，
231 593.57-595.01 470 具有了向前的加速度，
232 595.48-598.06 610 等效于车厢中存在向后的引力。
233 598.67-600.89 180 如果我们把这个引力考虑进去的话，
234 601.07-605.57 450 那么车厢中的小球向后加速运动就是符合物理规律的。
235 606.02-609.2 240 所以啊你把加速度等效成反向的引力，
236 609.44-611.48 240 那么无论在何种参考系中，
237 611.72-613.7 240 物理规律都是完全相同的。
238 613.94-617.78 490 不过呢引力和加速度等效却又不完全是相同的东西。
239 618.27-620.01 179 比如说一个星球的引力，
240 620.189-622.65 420 往往是有心力引力场呢都是向心的。
241 623.07-625.35 180 但是啊如果有一个飞船匀加速运动，
242 625.53-628.17 410 那么它产生的等效引力都是平行的。
243 628.58-631.1 420 所以啊我们只能在一个无穷小的点上，
244 631.52-632.72 180 引力和加速度是等效，
245 632.9-633.8 390 而且无法区分的。
246 634.19-636.71 300 但如果我们考虑一个范围内的引力线，
247 637.01-638.81 180 还是可以区分这种引力，
248 638.99-640.19 240 究竟是真实的引力，
249 640.43-642.47 180 还是加速度等效出的引力？
250 642.65-643.67 300 我们做一个比方吧，
251 643.97-644.81 180 有人努力工作，
252 644.99-646.07 180 有人坑蒙拐骗，
253 646.25-647.03 490 他们都赚了钱。
254 647.52-649.83 380 那么在某一个时刻花起来是等效的，
255 650.21-652.01 300 但是啊他们依然有所不同。
256 652.31-653.15 180 努力工作的人，
257 653.33-654.11 400 钱是合法的，
258 654.51-655.59 490 受到法律的保护，
259 656.08-657.94 180 坑蒙拐骗来的钱呢是违法的，
260 658.12-659.08 510 受到法律的制裁。
261 659.59-661.33 180 如果我们持续观察这两个人，
262 661.51-663.94 180 你就会发现其中有一个人越来越有钱。
263 664.12-665.62 240 而另外一个人锒铛入狱，
264 665.86-667.9 400 我们还是可以区分出这两个人来。
265 668.3-671.09 120 而且呀眼力会造成时空弯曲加速度，
266 671.21-672.47 240 并不会造成时空弯曲，
267 672.71-675.53 530 而是让平直时空的坐标系发生了弯曲。
268 676.06-677.8 180 那么什么是时空弯曲呢？
269 677.98-680.32 420 这就是我们下一节课要讨论的内容了。
270 680.74-681.04 120 关注我，
271 681.16-682.54 和我一起慢谈相对的。