1900：游走在欧洲的物理学霸 第307章 广义相对论两大基本原理！ 盟主加

第307章 广义相对论两大基本原理！（盟主加一更！）

惯性这个词语，日常生活中我们经常遇到。

比如，一列火车疾驰而来，即便它已经开始刹车，但也不能立刻停下来。

因为我们知道火车具有惯性。

并且在普通人的认知中，物体的质量越大，则它的惯性越大。

然而，很少有人真正思考过，惯性的本质是什么？为什么质量可以衡量惯性的大小？

这是因为我们受到的教育，并不是从头开始的，而是预设了很多内容。

物理学严格算起来，应该是从伽利略开始的。

古希腊的那帮人，他们更注重的是思想的辩论，而不是具体的实验。

比如关于运动。

古希腊哲学家上来就研究运动的本质，讨论物体为什么会运动。

但是却不去研究物体到底是怎么运动。

说白了，他们不去研究过程，直接讨论结果。

而伽利略不同。

他是第一个将理性思维和实验结合起来的人。

他通过实验去研究物体的运动过程，从而发现规律。

其中惯性定律就是他最重要的发现之一。

伽利略认为物体的静止状态和直线匀速运动状态，是完全等价的。

并且他给这种状态起了一个名字，就叫：惯性系。

什么意思呢？

比如人在高铁上，如果把窗户都关上，假设轨道非常平滑，高铁没有一点颠簸。

那么其实人是感觉不到自己在运动的。

在没有其他参照系的情况下，是不可能分清匀速直线运动和静止的。

而所谓的惯性，就是物体保持这种状态的能力。

并且基于惯性系的概念，伽利略又发现了一个重要定律。

那就是相对性原理。

说的是在任何惯性系中，力学定律总是保持不变。

什么意思呢？

你在高铁上做自由落体实验，和你在地面静止时做自由落体实验。

两种情况下，看到的物体运动过程完全一样。

小球都是笔直下落，测出来的加速度也完全一样。

这就是相对性原理。

它非常符合人类的直觉体验，而且很容易用数学公式表达出来。

因此它和惯性定理一样，都是公理、公设。

意味着你可以去尝试证伪，但是没有办法证明。

牛顿完全继承了伽利略的两大力学定律。

在此基础上，提出了牛顿力学三大定律。

所以，牛顿说他站在巨人的肩膀上没有错，伽利略就是那个巨人。

牛顿是继承而不是生搬硬套。

首先，他给惯性定律下了一个严格的定义。

即一个质点或者物体在不受外力的情况下，它将保持静止或者匀速直线运动。

这就是牛顿第一定律。

牛顿就是牛顿，和普通人不一样。

他没有满足既有的定律，而是想的更深一步。

那物体要是在惯性运动的时候，突然给它施加一个力会发生什么。

这就是牛顿第二定律。

即力会改变物体的运动状态，产生一个加速度。

用数学公式表达就是f=ma。

不管是后世还是现在，只要是刚接触物理学的人，学到的第一个物理公式恐怕都是它。

看起来非常简单，小学生都会算。

但会算没用。

其实你并没有思考过公式背后的深刻道理。

牛顿当时在研究第二定律的时候，他就在思考一个问题。

为什么同样大小的力施加在不同的物体上，产生的加速度会不一样呢？

聪明的你立刻回答：因为质量m不一样啊。

恭喜你，答错了！

因为当时牛顿还没有推导出这个公式。

牛顿认为是惯性的原因。

物体的惯性总是让它倾向于保持原有的运动状态。

即物体的惯性是一种反抗外力的能力、固有属性。

惯性越大，反抗能力就越强；反之，惯性越小，反抗能力就越弱。

而惯性的大小，可以用【惯性质量】来表示。

也就是牛顿推导的f=ma中的m。

注意！

重点来了。

这个惯性质量m并不是我们常说的质量。

什么意思呢？

女神身材非常好，身高170cm，重量只有50kg。

我现在在后面推动女神，会给女神产生一个加速度。

我们代入公式f=ma时，m用的就是女神的重量，也是50kg。

但是！

这是两种完全不同的质量，只是恰好数值相等而已。

女神的重量是引力质量，而不是惯性质量。

惯性质量是物体抵抗外力的能力，而引力质量是物体之间产生引力的原因。

它们的物理意义完全不一样。

这二者绝对不能混为一谈。

至于为何它们俩数值相等，至今都是未解之谜。

而惯性质量和引力质量之间的关系，则是产生广义相对论的核心。

（好了，可以拿去装逼了。）

牛顿在发现完善第二定律后，很自然地就能解释一个问题了。

即为什么物体向上抛出后，又会落到地面。

显然，物体是受到了力的作用。

不然的话，物体应该是一直向上运动才对。

因此，他认为是地球给物体施加了一个力。

而且根据牛顿第三定律，物体之间的力是相互作用的。

所以，牛顿就把这种力命名为“万有引力”。

是万有引力让物体产生了一个加速度，从而改变了运动状态。

并且牛顿还直接给出了万有引力的计算公式，即万有引力定律。

好了，现在问题来了。

牛顿创造了如此辉煌的物理学大厦，他反过头一看，发现还存在一个问题。

即作为他力学理论根基的第一定理和第二定律，有一个限制条件。

那就是它们必须在惯性系下才能成立。

那么惯性系该怎么去定义呢？

聪明的你肯定会说：在不受外力的情况下，静止或者匀速直线运动的参考系就是惯性系。

那我就问：怎么样才算不受外力呢？

聪明的你回答：物体静止或者保持匀速直线运动就是不受力。

我又问：怎么才算物体静止或者保持匀速直线运动呢？

聪明的伱又答：物体不受力就.

看出来了吧，这是一个循环论证的问题。

惯性系本身根本没有办法定义。

而且在现实中我们也找不到惯性系的例子。

因为地球在转动（转动是加速运动，不符合惯性系定义），太阳在转动，世界上根本没有惯性系。

牛顿一看，那这肯定不行啊。

我的地基必须无懈可击才行。

于是，牛顿那绝世天才的大脑，突发奇想，定义出一个绝对空间！