作者superalf (外星人)
看板sky
标题[心得] 重力
时间Fri May 6 03:47:17 2005
最近看到版上在吵重力的问题,我把我的想法PO出来给大家猜考一下
首先要提出的是,
如同在狭义相对论中速度并不是绝对的
加速度在广义相对论中也并不是绝对的
这是等效原则得出来的结论
在一个座标下,要测重力加速度有很多种方法
例如说你知道单摆的摆长,量周期就可以反推重力加速度
用这种方法我们可以知道,在自由落下的电梯、飞机,以及太空船中
g值为零(没有重力)
在水池中,若浮力与重力的合力为零(浮力=重力)
那我们可以测量浮力来反推g值
因为浮力不为零,故g值不为零(有重力)
大家可能以为重力加速度跟一般的加速度没有区别(在local frame成立)
但重力不同的是它不会是uniform的
举个例子,假如你丢两颗球自由落下
你在你的local frame看会觉得他们之间的距离不会变
但实际上那两颗球会朝地心运动(加速度的方向不是平行的),
所以你如果跟着他们跑,终究会发现他们之间的距离缩短了
这种现象在一般的加速座标系是观察不到的
在广义相对论中,重力并不是指牛顿的万有引力
而是指潮汐力(重力梯度,gradient of gravity)
再来谈谈什麽叫做local
local的定义是根据你的实验精准度
如果在你的frame中,测出来的重力加速度都是一样的(没有重力梯度)
那这个frame就叫local
如果你的实验精准度很差,那你的local frame就很大
若很准,local frame就很小
广义相对论探讨的是,在有重力(重力梯度)的情况下
两个local inertial frame之间的connection
广义相对论是建立在等效原则上
最後,我把Einstien在1911年关於Equivalent principle的一段话quote上
"We arrive at a very satisfactory interpretation of this law of experience,
if we assume that the systems K and K' are physically exactly equivalent,
that is, if we assume that we may just as well regard the system K as being
in a space free from gravitational fields, if we then regard K as uniformly
accelerated. This assumption of exact physical equivalence makes it
impossible for us to speak of the absolute acceleration of the system of
reference, just as the usual theory of relativity forbids us to talk of the
absolute velocity of a system; and it makes the equal falling of all bodies
in a gravitational field seem a matter of course"
Reference:Misner, Thorne and Wheeler, 1973, Gravitation
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