146广相二现之论引力对光的传播的影响11.6 第(2/4)分页

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引力场)空间中均匀加速运动的坐标系K′考察的根据是伽利略惯性原理;而均匀重力场空间中的静止坐标系K考察的根据则是人们的经验观察,同时对这一观察人们并没有给予应有的重视:

    “于是,为了避免不必要地把分析弄复杂,我们将暂时不考虑相对论,而按照常规的运动学来考虑这两个坐标系,并按照习见的力学来考虑发生于各系中的运动。

    没有受到其他质点作用的质点,将按照下列方程而相对于K,同样也相对于K′来进行运动:

    d2xv/dt2=0,d2yv/dt2=0,d2zv/dt2=-γ。

    对加速系K′来说,这是伽利略原理的直接推论;

    但是对于静止在均匀引力场中的系K来说,这却是由经验得来的,就是说,根据经验,一切物体在这样的场中都接受到一个相同的常值加速度。这种一切物体在重力场中等同下落的经验,是自然观察所赋予我们的最普遍的经验之一;尽管如此,这条定律在我们物理世界图景的基础中却没能得到一个地位。

    但是,如果我们假设系K和系K′在物理上是完全等价的,也就是说,如果我们假设系K同样可以被设想为出现在一个没有引力场的空间中,但这时必须把K看成均匀加速的,那么我们就能得到上述经验定律的一种很满意的诠释。有了这种观念,人们就不再能够谈论参照系的绝对加速度,正如在狭义相对论中不能谈论一个系的绝对速度那样。有了这种观念,重力场中一切物体的等同下落就是不言而喻的了。”

    在第一部分的最后,爱因斯坦阐述了广义相对性原理,即加速系K′和重力系K的等价性不限于牛顿力学,而是适用于所有自然定律,这便是广义相对论另一个核心原理——广义相对性原理,自然定律对所有的参照系等价:

    “只要我们把自己限制在牛顿力学适用范围以内的纯力学过程方面,我们就能肯定地相信系K和系K′的等价性。然而,要使这种观念得到更深刻的重要性,系K和系K′必须对一切物理过程都是等价的,也就是说,相对于K的自然定律必须和相对于K′的自然定律相重合。

    如果接受这一假设,我们就得到一条具有很大启发意义的原理,如果它确实正确的话。因为,通过相对于均匀加速参照系而发生的过程的理论分析,我们就得到关于发生在均匀引力场中的过程进展情况的信息。

    以下我将首先证明,从狭义相对论的观点看来,我们的假说是有很大可能性的。”

    第二部分题为《论能量的重量》,这一份部分从辐射能量传输的角度,用狭义相对论的洛伦兹变换给出了能量和引力质量的关系。

    首先,狭义相对论已经证明物体的惯性质量随着它的能含量而增加,即质能方程,惯性质量的增量为E/c2,其中E为能量,c为光速。

    而本文第二部分要说明的是能量和引力质量的关系依然符合质能方程,当然,按广义相对论的等效原理,惯性质量等于引力质量,这里的能量和引力质量的关系证明是不言而喻的。

    设均匀重力场系K中有两个物质体系S1和S2,S1在坐标原点,S2在z轴正向距S1为h处,则S2中的引力势比S1中的引力势大g·h;设S2以辐射形式向S1放出能量E。

    按等效原理,上述场景可以将重力系K转换为加速系K′来处理,并从一个无加速的参照系K0来评定S2以辐射形式向S1放出能量E的过程。

    设辐射能量E2从S2发出的时刻,加速系K′相对于无加速的参照系K0的速度为0;

    经过时间h/c(一级近似,距离h除以光速c)能量E1到达S1,此时S1也就是加速系K′相当于无加速的参照系K0的速度为g·(h/c)=υ(一级近似,加速度g乘以时间h/c即为速度);

    则根据狭义相对论,E1和E2的一级近似关系为方程2:

    E1=E2·(1+υ/c)=E2·(1+gh/c2)

    (注:根据狭义相对论论文《论动体的电动力学》,本作《爱因斯坦48》公式34 E′/E=√[(1-υ/V)/(1+υ/V)],此处的E1相当于考察物体和参照系相对运动的静系E,而E2相当于考察物体和参照系相对运动为0的动系E′,V是光速,即为方程2中的c;

    因此,按公式34,一级近似下,便得上面的方程2。)

    其实,方程2描述的E1和E2的关系就是根据洛伦兹变换导出来的,这个关系式也是爱因斯坦初期的广义相对论探讨中的核心关系因子,在广义相对论初现论文中依靠的也是这个关系式,不过,其得出过程与此处不同,是以三个参照系对同时事件的瞬间等价描述中得出来的,具体可见总结狭义展望广义相对论论文《关于相对性原理和由此得出的结论》第18部分《在一个均匀加速参照系中的空间和时间》,本作《爱因斯坦84》:

    {爱因斯坦考察了在极