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《你知道吗?你不一定知道自己如何运动》

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来源: 2020-1-26 23:08:41 显示全部楼层 |阅读模式
让我们想象,你正在一个四面完全不透光的大箱子里,也就是说你完全无法看到外面的景物,所以你无法找到任何的外界参考物。你在这个大箱子里的感觉和你站在地面上的感觉完全一样,没有任何的不适感。这时,我要问你个问题,你有什么办法能判断出自己的运动状态。很显然,你的第一直觉是认为自己是安安静静的站在地面一动不动,你这时受到了地球给你的重力g,和你所站的暗箱给你的支持力N。没错,这很和谐,我们的一般直觉都是这么认为的。但是你有没有想到另一种情况?如果你正处在一个加速上升的电梯里,那么又将出现什么呢?我们知道,你个做加速运动的物体必定受到一个合外力不为零的力的作用,才能使其产生加速度,其中的等式关系遵循牛顿第二定律F=mam代表的是物体的质量,a所带表的就是物体的加速度,二者的乘机就等于合外力。那么,如果在太空中给你个F=mg的推力<g为地球的重力加速度>,根据上述公式我们可以计算求得你的加速度就是a=g,也就是说你此时所受到的加速度和你在地球是所受到的重力是等效的,说明你在宇宙中加速暗箱中的感受和你在地面的感觉是完全一样的的。在这两种环境下,都遵循着水往低处流的规律。
也许,你现在对你静止站在暗箱中到底是怎样运动有了底。可是,这并不是我们的终点。再让我们想象,你这时正自由地漂浮在暗箱中,你的感觉是完全不受重力,就像宇航员漂浮在茫茫的星海中一样,无约无束。让我考考你,你能知道自己在做何种运动吗?第一种情况,你可能真的处在茫茫宇宙中,当然,要记着带上氧气管。第二种,你也许你就处在一个自由下坠的电梯梯里,你的身体和电梯一同下坠,你们的下落速度,下落加速度几乎相同。你可以想象,当你处在这个环境中时,你所受到的合外力只有地球的重力,与你在宇宙中不受力是等效的。
宇宙是多么的神奇啊!看似联系不大的实物,其实有千丝万缕的联系,甚至可以转化。在物理中,科学家把这种研究方法叫做‘等效转换法’。其实,早在100多年前,爱因斯坦就已经知道了重力是等效于加速度的。不仅如此,他还利用等效法证明向心加速度也等效于重力,这就是著名的思想实验‘圆盘实验’.
                                                            



宇宙中存在一个个足够大的圆盘,让这个圆盘以一定的速度旋转,其旋转的速度也被称为‘角速度’。我们让一个人站在圆盘的边缘,只要转速足够大,那么人就能和圆盘一起转动。从旁观者来看,人实在做圆周运动,而从哪个人的视角来观察,他却像平平稳稳的站在地面上一样。这是为什么呢?其实当人随着圆盘一起运动的时候,人其实会受到一个指向圆心的力,我们称之为向心力,当存在这个向心力时,就会得到你个向心加速度。那么由上文可知,加速度可以等效为重力,那么向心加速度也不例外。也就解释了为什么当你在太空中做匀速圆周运动时,就像站在地球上一样。
有人会问,得出上述结论有什么作用。答案是,至关重要。‘引力等效于加速度’其实是爱因斯坦《广义相对论》中的一个基本假设。从《广义相对论》中我们知道,引力是可以到影响周围的空间和时间,可以形象成巨大的引力使时空发生了弯曲,像一个大球在一张布上压出的大坑一样。那么既然引力可以影响时空,而加速度又等效于引力,只要你以足够大的加速度运动,你周围的时空就会发生弯曲,这也许就是人类实现时间旅行最可行的一种方式吧。

                  
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