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然而,当电梯在重力作用下自由下落时,电梯里下落的B物体相对于电梯参考系不会有任何加速度,它们在电梯里的运动状态就像没有重力的存在。
仅通过观察L中的物体运动,我们没法判断L中是不是有重力场的存在,换句话说,我们不知道体系L是在重力场中自由下落的非惯性系,还是重力场不存在下的惯性系。
让我们用更普遍的表达来描述这个结果:不可能通过实验室里的机械实验来区别惯性力和万有引力的作用。
在爱因斯坦看来,牛顿力学中的叙述“无法通过匀速直线运动的实验室中的机械实验来测量实验室相对于惯性系的运动速度”
与他的结论有异曲同工之处。
1905年爱因斯坦将这一原则推广至光学实验,并提出一个假说:即使通过测量光线的传播,也无法确定一个实验室体系是静止或做匀速直线运动的,还是受制于一个引力场。
爱因斯坦将其称为“惯性力与引力的等效性原理”
,简称等效原理。
根据这个原理,爱因斯坦能够预言一些新的光学现象,从实验上检验这一理论的正确性。
牛顿物理中重力对光线的传播路径并没有影响,但根据等效原理,万有引力的作用相当于参考系的加速度,而后者肯定会对光的传播有影响。
静止电梯里与地板平行的光线将会在电梯加速时发生偏折,因此,爱因斯坦推断引力场中光线的传播路径也会发生偏折。
由于光速远远大于地球上的任何速度,所以光线偏折的角度极其小。
但是爱因斯坦指出,遥远星空中位置固定的星星发出的光线,在经过太阳表面传播时,必将发生可观测的偏折。
太阳的引力不是各向同性的,而是指向太阳的中心,并且随着离太阳表面距离的增加而减小的。
然而,爱因斯坦计算出,沿某一个方向传播的光线将被折向太阳。
由于在普通情况下,太阳光十分强烈,盖住了周围星星发出的光,所以爱因斯坦在他的论文中建议:“日全食发生时,太阳附近的星星能够被看到,因此届时可通过实验来检验这一理论的结论。”
假设引力具有牛顿在万有引力定律中提出的形式,爱因斯坦根据等效原理很容易地计算出,从固定的星星发出的光线在经过太阳表面时,会相对其原来的路径发生0.83″的偏折。
因此,只要在日全食时拍下这些星星在太阳附近的位置,并与太阳不在附近时星星的位置相比较,就可以看出它们位置的变化。
由于光线将偏向太阳弯折,相应地看到星星的位置会远离太阳,其偏折角大小取决于光线在太阳附近传播的距离。
最后,爱因斯坦这样总结了他的论文:
尽管以上理论可能看起来缺乏根据,甚至可以说异想天开,还是强烈地希望天文学家们能进行这样的验证实验。
无论别人怎么看待爱因斯坦的理论,他确实提出了一个用实验检验理论的方法。
由于日全食并不太常见,而且地球上只有少数几个位置适合日全食的观测,天文学家们对验证爱因斯坦理论这一有趣而冒险的旅行跃跃欲试。
直到三年之后,即1914年,人们才有充足的财力和物力组建了一支远征队,进行这个探测。
但是,正当第一支远征队离开德国出发去俄国时,第一次世界大战爆发了,远征队成员被俄国人俘虏,因此实验无法再进行。
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