時空彎曲的本質
Schild 在 60 年代提出一個論據,等效原理的成立表明自洽的引力理論無法在狹義相對論的框架內完成。
他的證明如下:考慮一個觀察者在地球表面上高 處,有另一個觀察者在地球表面上高 處彼此相對靜止(即是上述的 S1 和 S2 )。觀察者可通過觀察來得知彼此相對靜止,並且他們相對於地球的洛侖茲參考系也是靜止的。在這條件下在 S1 發出固有頻率的電磁訊號,在 S2 接收到,頻率為;為了識別訊號, S1 和 S2 的觀察者約定訊號有個週期長的脈衝,則發射時所需的時間是由定出。而在 S2 的接收者所需要的吸收時間是由定出。由於根據引力紅移:,所以必然有,時間間隔也就不同了,而人們可在固定的 後再發射多一次訊號。把這個情況用狹義相對論的時空圖去分析,光在時空圖沿 45° 的零線移動,在上述的情況下在時空圖中已畫了一個平行四邊形,但它的對邊不對等,即是;在平直時空中,這是不可能的。有人提出一個問題:既然光在引力場傳播,光線必然彎曲,而不會沿 45° 的零線移動。但重要的是:引力場是靜止的,質驗者也沒移動,所以實驗中沒有裝置隨時間變化,所以甚麼的光線移動的路徑必然是全等的,結果仍是。即是該平行四邊形無法合攏,如要合攏即要平行四邊形“拱”起來,但在平直時空中是不可能的。
以上論証並未提供引力場所需的彎曲時空,但已說明了如果等效原理要成立,平直時空中要完成引力理論是不可能的;甚至是用全域的加速參考系去正確描述引力也是不可能的。