作者superalf (外星人)
看板sky
標題[心得] 重力
時間Fri May 6 03:47:17 2005
最近看到版上在吵重力的問題,我把我的想法PO出來給大家猜考一下
首先要提出的是,
如同在狹義相對論中速度並不是絕對的
加速度在廣義相對論中也並不是絕對的
這是等效原則得出來的結論
在一個座標下,要測重力加速度有很多種方法
例如說你知道單擺的擺長,量週期就可以反推重力加速度
用這種方法我們可以知道,在自由落下的電梯、飛機,以及太空船中
g值為零(沒有重力)
在水池中,若浮力與重力的合力為零(浮力=重力)
那我們可以測量浮力來反推g值
因為浮力不為零,故g值不為零(有重力)
大家可能以為重力加速度跟一般的加速度沒有區別(在local frame成立)
但重力不同的是它不會是uniform的
舉個例子,假如你丟兩顆球自由落下
你在你的local frame看會覺得他們之間的距離不會變
但實際上那兩顆球會朝地心運動(加速度的方向不是平行的),
所以你如果跟著他們跑,終究會發現他們之間的距離縮短了
這種現象在一般的加速座標系是觀察不到的
在廣義相對論中,重力並不是指牛頓的萬有引力
而是指潮汐力(重力梯度,gradient of gravity)
再來談談什麼叫做local
local的定義是根據你的實驗精準度
如果在你的frame中,測出來的重力加速度都是一樣的(沒有重力梯度)
那這個frame就叫local
如果你的實驗精準度很差,那你的local frame就很大
若很準,local frame就很小
廣義相對論探討的是,在有重力(重力梯度)的情況下
兩個local inertial frame之間的connection
廣義相對論是建立在等效原則上
最後,我把Einstien在1911年關於Equivalent principle的一段話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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