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建立广义相对论场方程,爱因斯坦真的这么神吗

科学探索万象经验2023-05-08

为了克服第一个困难,爱因斯坦提出了广义相对性原理。既然我们确实无法定义惯性系,那么我们就取消惯性系的特殊定位。广义相对性原理表明,物理定律在任何参考系都是相同的,例如光速不变原理在任何参考系都成立。虽然解决了惯性系难题,但随之而来的另一个问题是,如何处理惯性力?因为惯性力可能会附加一个新的效应,从而改变物理定律的形式。顺便说一下,当初爱因斯坦选择数学工具张量,是因为张量的形式在坐标变化下保持不变。

惯性力有两个特点:一是它不起源于物质间的相互作用,所以它没有反作用力;二是惯性力与物质的质量成正比,这导致爱因斯坦联想到万有引力,因为引力也与物体的质量成正比。这种相似性以及自由落体实验和马赫原理,让爱因斯坦猜想引力与惯性力的本质。

事实上,在牛顿力学中,质量有两种。一种是惯性质量,也就是牛顿第二定律所定义的质量。还有一种是引力质量,也就是牛顿万有引力定律中的质量。在自由落体实验中,粗略地验证了这两种质量是相等的,但精度是不太理想的。牛顿用单摆实验在10^-3的精度内证明了两种质量相等,厄缶在1900年前后用扭摆在10^-8精度内验证相等,随着精度的越来越高,也没有显示出两者的差异。