首頁 愛因斯坦傳

重力對光線傳播的影響

愛因斯坦的目標正是從物理中消除“絕對空間”的概念。這項任務很艱巨,因為像反衝、離心力這樣的現象似乎隻能用絕對空間的效應來解釋。而且,愛因斯坦1905年建立的相對論理論僅討論了勻速直線運動,沒有涉及加速度。一種新的觀念將引入物理學,並將帶來意義更加深遠的改變。有時候,將當前問題的根源與另一個更久遠的問題聯係起來,往往能通往當前問題的解決。實驗室中,小車的加速度和光線的偏折或許不是由實驗室本身的加速度造成的,而是可能有真正的力作用於小車或者光線上,並根據牛頓第二定律引起了它們狀態的變化。該怎樣區分這兩種情況呢?對於人或者機械裝置施加的外力,兩種情況有這樣的差別:對於有兩個被施加了相同力的質量不同的小車,根據牛頓第二定律,動量[14]的變化率等於受力,那麽較輕的小車會獲得更大的加速度;另一方麵,如果加速度是由慣性力造成的,則質量不同的小車的加速度都是相等的。因此,由真正的力(像推力和拉力)造成的加速度會依賴於物體的質量,而反衝力和離心力造成的加速度不依賴於質量。

但愛因斯坦也發現,有一種“真實”的力會使所有的受力物體具有相同的加速度,這就是引力[15]。自伽利略時代起,我們就知道,當空氣阻力的作用可以忽略時,所有的物體無論其質量大小,都會以相同的加速度下降。這種現象並不違背牛頓的力學體係,因為他簡單地假設重力的大小與物體的質量成正比。在地球表麵,用W代表物體受到的重力,則牛頓的假設在數學上可表達為W=Mg,其中M是物體的質量,g是依賴於物體位置的一個常數。由牛頓第二定律,力等於動量的變化率,即Mg=Ma,那麽兩邊的質量可以同時被約掉,有a=g。因此,伽利略已告訴人們,重力造成的加速度與物體質量無關,都是同一個常數g,即重力加速度。