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狭义相对论(第2页)

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通过这些简单的思考,我们容易发展一套通过测量实验室物体相对于实验室L的运动,来获得实验室L的加速度a的方法。

假设L的地板上有一个可以沿任意方向自由移动的小车,当L做匀速直线运动时,小车停住不动;一旦L的速度突然变化,小车就会像被推了一样开始运动。

小车相对于L的加速度a0与L的加速度a大小相等、方向相反。

对于小车来说,在惯性系F[11]中观察到它是一个自由物体,没有受到外力,因此根据惯性定律其运动是匀速直线运动。

而另一方面,在F参考系中,小车的加速度等于小车在L中的加速度a0与L相对F的加速度a的总和。

由于最终小车在F中的合加速度为零,所以有a0+a=0,即像上文提到的,有a0=-a。

因此,可以通过在L中测量小车的加速度a0,来计算实验室L相对于惯性系F的加速度。

上述情况中,小车一开始相对L是静止,这个假设对于L加速度的计算是没有必要的。

也可以假设小车一开始在L中做匀速直线运动,当L速度变化时,小车将偏离直线路径、做曲线运动。

根据曲线的形状,我们也能计算出实验室的加速度。

除了加速这种情况外。

实验室也可能减速,甚至可能绕着某个轴旋转(例如旋转木马或转弯的火车)。

当L加速或者减速时,L中的物体会有一个与L运动方向相反的反冲运动;而当L旋转时,L中的物体会倾向径直远离L的旋转轴,这样的加速度被物理学家称为“离心加速度”

[12],其产生机制和交通工具启动或停止时产生反冲力的机制相同。

在基础力学,上述情况是这样来描述的:计算加速或旋转的参考系中物体的加速度时,不能仅仅考虑物体受到的引力或电场力等外力,还需要将反冲力和离心力的作用也考虑进去,即要考虑到“惯性力”

[13]带来的加速度。

之所以称之为“惯性力”

,是由于这些力是由物体相对于惯性系的惯性所引起的。

爱因斯坦将牛顿的相对性原理推广到光学现象中,因此也应该可以用光线来代替物体(例如小车)获得实验室加速度。

如果实验室做匀速直线运动时,光线的传播方向与实验室的地板平行,那么当实验室被加速时,光线则可能被偏折而不再与地板平行。

通过观察光线偏折的角度大小,可以计算实验室L的加速度。

因此,在十九世纪的机械论和爱因斯坦于1905年提出的光和运动的理论中,尽管还无法说明在什么可观测条件下一个参考系是惯性系,但实验室L相对于惯性系F的加速度对L中发生的物理事件具有可测量的影响。

不过,这里惯性系的角色还是与牛顿理论的“绝对空间”

没有什么差别。

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