文档介绍：牺牲爱因斯坦颠覆相对论基石弥生_cross 2013-01-31 14:00 要想建立一个包罗万象、能够解释一切作用力的所谓“万物至理”, 第一步或许就是要牺牲掉爱因斯坦所钟爱的等效原理——而这恰恰是广义相对论的基石。爱因斯坦的等效原理认为,引力和加速是一回事。图片来源: (文/Stuart Clark )科学家通常不太相信巧合。如果两件事情没有实际的联系,那就没人会有兴趣再深究它们。然而, 如果巧合不断地发生, 其中就必然会有一些潜在关联。科学的任务就是找出这些关联,并以此说明根本就没有什么巧合存在。然而, 现代物理学的一个庞大分支恰恰就摇摇晃晃地建立在一个巨大的“巧合”之上——这件事情实在是非常古怪。这个巧合植根于我们看待和定义“质量”的方式之中。它涉及这个世界的运作方式, 而且太过于基础, 以至于我们中的大多数人每天都会遇到它, 却从未产生过任何想法。不过, 对于世界上一流的物理学家来说, 这个巧合已经困扰了他们好几个世纪。伽利略和牛顿都跟它做过斗争, 但最终也只能接受它的存在而无法解释它。爱因斯坦更向前进了一步: 他宣称这是一种自然原理。接着,他以这个“等效原理”( equivalence principle )为基础,建立了迄今为止解释神秘引力的最佳理论——广义相对论。但是, 存在一个问题。如果我们想要找到某个更好更全面的理论, 能够把引力与支配这个世界的其他作用力统一起来, 等效原理就不能存在。我们必须破解这一巧合, 或者更激进一些, 重新考虑物理学应该要如何发展。等效原理有很多个版本, 但万变不离其宗: 引力场对物体施加的作用, 无法与加速运动产生的效果区分开来。爱因斯坦的一个思维试验可以把它解释清楚。设想一个人站在地球上的一部电梯内部, 是什么使他稳稳地站在地板上?当然是无处不在的引力。现在, 想象同一个人处在同一部电梯中, 只不过电梯处在浩淼的宇宙深处, 远离任何引力物体。一枚火箭推动这部电梯加速运动, 加速度刚巧跟地球上的重力加速度相等。这位乘客仍然可以稳稳站在地板上,跟前一种情况完全一样。为什么没有引力, 情况也是一样呢?在这种情况下, 使乘客飘不起来的是他的惯性。惯性是万物反抗加速的一种自然属性——当司机踩下油门的时候, 你就会感受到惯性把你推到椅子背上。在这两部电梯里, 乘客都有一个共同的属性——质量。但这两个质量来源于完全不同的两个方面: 前一个是引力质量, 是对引力作用的某种反应, 使物体在引力场中加速运动; 后一个是惯性质量,体现了物体抵抗加速运动的能力。爱因斯坦提出的等效原理,是他推导出解释神秘引力的广义相对论的重要基石。图片来源:新科学家两个质量在数值上总是完全相等, 这是等效原理的另一种表述方法。这个“巧合”可谓影响深远。如果这两个质量不相等, 不同质量的物体在地球上就会以不同的速度下落, 而不会在同一个引力场中以相同的方式加速运动。这种“自由落体的普适性”, 最早是由伽利略检验过的, 据说他曾在比萨斜塔上同时丢下了一袋羽毛和一袋铅块(当然,这只是个传说而已) 。实际上, 引力和惯性质量的等效会影响整个宇宙中所有的引力运动。打个比方来说, 如果引力质量比惯性质量稍大一点,行星围绕恒星以及恒星围绕星系的旋转速度就要比现在稍快一些。然而, 没有任何显而易见的理由可以解释, 为什么这两个质量就应该相等。但只有作出这样