gr01 物体在引力场中的行为可以和没有引力场情况下相同,只要后一情形所用的参照系是一个匀加速坐标系(而不是惯性系)。

广义相对论
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狭义相对论把经典力学的基础限定在一个基本点上,即下列论断:自然规律仅对惯性系成立。“允许的”坐标变换即那些使规律形式不变的变换只有(线性)的洛仑兹变换。这类限制真的有物理事实根据吗?下面的论证令人信服地否定了它。

等效原理。物体具有惯性质量(对加速度的抗性)和重的质量(它决定物体在特定引力场,比如地球表面场中的重量),这两个从定义上看来如此不同的量,但按照经验,是用一个同样的数值来度规的。对此,一定有更深层的原因。这一事实也可这么来表述:不同质量的物体在同一引力场中得到相同的加速度。最后,它也可以这样表述:物体在引力场中的行为可以和没有引力场情况下相同,只要后一情形所用的参照系是一个匀加速坐标系(而不是惯性系)。

因而,似乎没有理由禁止对后一情形作如下的解释。人们把这个坐标系看作是“静止的”,将相对它而存在的“表观”引力场看作是“真实的”。由坐标系的加速度而“产生”的引力场当然具有无限的延展范围,它不可能由有限区域的引力质量产生。然而,若我们要寻找一个类场的(field like)理论,这一事实并不妨碍我们。有了这种解释,惯性系便失去了意义,而且我们获得了关于引力质量和惯性质量等效的“说明”(物质的这一同一性质表现为重量或惯性,由描述方式来决定)。

从形式上考虑,承认相对原来“惯性”坐标作加速运动的坐标系也就意味着承认非线性坐标变换,进而大大推广了不变性的思想,即相对性原理。

首先,利用狭义相对论的结果所做的深入讨论表明,有了这么一种推广,坐标不能再直接解释为测量的结果。只有当坐标差与描述引力场的场量结合起来才能确定事件间可测量的距离。当人们发现自己不得不承认非线性变换作为等效坐标系间的变换之后,最简单的要求看来是承认所有连续的坐标变换(它们形成一个群),也即承认任何以正则函数来描述场的曲线坐标系(广义相对性原理)。

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