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(一)等效原理——非惯性系与一个引力场等效

所有的实验结果都得出同一结论:惯性质量等于引力质量。

牛顿自己意识到这种质量的等同性是由某种他的理论不能够解释的原因引起的。但他认为这一结果是一种简单的巧合。与此相反,引力质量和惯性质量的等同性是爱因斯坦论据中的第三假设。

爱因斯坦一直在寻找引力质量与惯性质量相等的解释。他认为:如果一个惯性系相对于一个伽利略系被均匀地加速,那么我们就可以通过引入相对于它的一个均匀引力场而认为该惯性系是静止的。日常经验验证了这一等同性:两个物体(一轻一重)会以相同的速度下落。然而重的物体受到的地球引力比轻的大。那么为什么它不会得更快呢?因为它对加速度的抵抗更强。结果是,引力场中物体的加速度与其质量无关。伽利略是第一个注意到此现象的人。引力场中所有的物体以同一速度下落是(经典力学中)惯性质量和引力质量等同的结果。