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Golden Member
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要討論這個就要從相對性原理開始了。
伽俐略是第一個提出相對性原理的人,他以兩艘在海上行使的船比喻,一艘靜止,一艘等速移動,假設船不分首尾,海面無波,天空無雲,也看不到岸,這樣無論你在哪一艘上,你是無法分辨哪一艘是靜止,哪一艘是前進的(無論你做任何實驗都分不出)。
牛頓把這個原理應用到他的力學系統,提出慣性參考座標系的概念。
所以謂的慣性參考座標就是指牛頓力學成立的參考座標,包括靜止和等速直線移動的座標系。
在牛頓的系統中,就沒有絕對靜止這個概念,任何兩個物體都可以自認自己是靜止,移動的是別人。
但一個有趣的問題就來了,在同樣一個事件中,不同的參考座標下,會出現「不存在的力量」,也就是所謂的慣性力,或稱假想力。
例如你坐在跑車上,跑車直線加速,在地面旁觀的小明認為自己是靜止,你在移動,加速移動的力是來自車子的引擎,這沒什麼問題。
但在車上的你呢?你認為自己是靜止,移動的是地面和小明。但你卻感覺到有一股力把你往後推(因為車子在加速)。但這個力是不存在的!(你真正受的力是車子把你往前推的力。)
你覺得你靜止,卻有一個不存在的阿飄力把你往後推,因為有阿飄力的作用,這時牛頓力學就不成立,因此你所在的座標系就稱為「非慣性參考座標」。
這種阿飄力常見的還有「離心力」和「科氏力」,很多人誤解「向心力和離心力是作用力和反作用力」,這是不對的,離心力是阿飄力,是不存在的,不是什麼向心力的反作用力。(可以用坐在加速前進的車子時,所受的後推力來聯想)
而除了加速度,非慣性參考座標還有重力場和電磁場下,因為這兩者會受到重力和電磁力的作用,因此牛頓力學不成立。
這時換愛因斯坦出場了,他除了捨棄絕對時間和空間的概念,改用光速絕對,還用新的相對性原理解釋電磁場下的相對性原理。
狹義相對論部份就跳過不談。
接下來,就剩重力了。愛因斯坦認為重力不會是例外,相對性原理也可以用得上。
因此他提出「等效性原理」,在宇宙中以 G 加速前進的電梯;和在地球表面的電梯,裡面的人無法分辯自己處於哪一個電梯(做任何實驗都不行)。
在等效性原理的假設下,他又提出一個破天荒的設想:重力也是阿飄力!
至於要怎麼把重力凹成阿飄力呢?這個愛因斯坦足足花了八年的時間,發表了一系列論文,最後總算成功!也就是他發現,以空間彎曲的理論來解釋,就可以成功地把重力凹成阿飄力。
但理論歸理論,如果他的理論預測的結果和牛頓理論一模一樣,那就只是個脫褲子放屁的理論。
好在皇天不負苦心人,愛因斯坦的廣義相對論預測的觀測結果比牛頓力學的預測更精確!
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