真空与低温学前教育毕业论文（这个专业在985中(6)

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摘要：但是，光速不变啊！ 飞船相对于地面的速度是V，火箭相对于飞船的速度是V1，火箭相对于地球的速度V2，在相对论中，求解V2应该采用相对论的计算公式，

但是，光速不变啊！

飞船相对于地面的速度是V，火箭相对于飞船的速度是V1，火箭相对于地球的速度V2，在相对论中，求解V2应该采用相对论的计算公式，即：V2=(V+V1)/(1+VV1/c2）。按照这个公式计算，火箭相对于地球的速度，即V2是0.91c，并没有超光速。

在低速运动中，V2可以等于V+V1，但在高速运动中，V2则需要相对论的计算公式。你必须把时间和空间都当做变量进行考虑，因为绝对时间和绝对空间不成立。在高速运动的情况下，时间、空间，甚至包括质量，都会成为变量。而这些都可以根据光速不变和数算推理出来。这里不再描述数学了，只说狭义相对论的思想，记住三点就够了：

运动物体的时间会变慢（时间膨胀）；

运动物体的长度会缩短（空间膨胀）；

运动物体的质量会增加（质量变重）。

但是，这些要在高速运动中才能显现，低速运动的特例情况下，则可以忽略不计。所以，牛顿力学在低速运动下是成立的。

同时，根据质量变重，我们还可以得出另外一个思想，即：质量就是能量。而得出的重要公式是e=mc2。这个公式就是的原理。

这一切都是因为光速不变。以光速不变为基础，我们推理出了这些结论和思想。但是，相对论还要向前再进一步，广义相对论登场了。

理解广义相对论之前，我们复习一下前面的推理基础，可以称之为两个层层递进的“世界观”：

相对性原理认为：一切匀速直线运动或静止的坐标系中，力学定律都一样；

狭义相对论认为：一切匀速直线运动或静止的坐标系中，力学定律都一样、电动力学定律都一样、物理定律都一样。

既然如此，我们为什么非要把坐标系限定在匀速直线运动和静止？如果是加速运动的坐标系呢？

于是，爱因斯坦做出了第一个大胆假设，这就是广义相对论的“世界观”：

非但一切匀速直线运动或静止的坐标系中，而是所有坐标系中；在所有坐标系中，力学定律都一样、电动力学定律都一样、物理定律都一样。

简单说就是：所有的物理定律在任何参考系中都取相同的形式。而这就是广义相对性原理。

广义相对性原理，是广义相对论的第一个基本原理。

但是，要让这个“世界观”成立，爱因斯坦必须重新解释万有引力。

先是，思想实验：

一艘加速上升的火箭，就是一个加速运动的坐标系。在加速运动的火箭上，我们可以感觉到火箭所带来的推力。如果不够直观，那就想象自己坐在一辆加速启动的汽车上，会有一种推背感。

再是，类比推理：

你躺在火箭上，会感受到火箭的推力和箱底的支撑；

你躺在地球上，会感受到地球的引力和地面的支撑；

那么，地球的引力和火箭的推力，是不是一回事？

接着，再做类比推理：

在加速运动的火箭上，抛出一个小球，小球就自由了；但火箭在往上做加速运动；于是，火箭的箱底会加速冲向小球；

在地球上，抛出一个小球，小球也自由了；但地球是有引力的；于是，小球因为引力会做自由落体运动，加速冲向地面。

火箭的箱底冲向小球，与小球落向地球的地面，到底有什么区别？

在爱因斯坦看来，没有区别，火箭的推力和地球的引力，其实是一回事。

但是，在牛顿看来，这明明是两回事啊？火箭的，那是推力；地球的，那是引力。这怎么能是一回事？

于是，等效原理出现了，即：在任何局部实验中，引力和加速运动无法区分。教科书的说法是：

惯性力场与引力场的动力学效应是局部不可分辨的。

等效原理，是广义相对论的第二个基本原理。

等效原理，和广义相对性原理，都可以认为是一种“假设”。但这种假设，完全不是“声速不变”的臆想，不仅因为它来自严密的思想实验，而且还因为它要解释更为深刻的东西。

等效原理背后，还有各种复杂而精密的论证，甚至还要对伽利略比萨斜塔的双球落地实验进行更为深刻的探讨。这里不做详细探讨，把思想说清楚就行了。

接着，我们继续引深思考。

引力问题被解决了：局部中，引力场与惯性力场无法区分。那么“自由的小球”呢？

在加速运动的火箭上，因为火箭的推力，所以自由的小球会向箱底掉落；而在静止的地球上，因为地球的引力，所以自由的小球会向地面掉落。

那么，没有火箭的推力、也没有地球的引力，自由的小球到底该怎么自由的运动？

这时候，我们必须定义什么是自然运动：

文章来源：《真空与低温》 网址: http://www.zkydw.cn/zonghexinwen/2022/1213/650.html

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