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下文节选自《破解引力广义相对论诞生之路》一书
由于运动是相对的,那么一个不受外力作用的物体,在各种不同的观测者 (包括加速观测者)看来,它可以表现为各种完全不同的运动方式,一种运动方式与一 种观测者相对应。为了避免这种复杂运动情况的出现,牛顿从这些 “各种完全不同的运动方式”中只挑选出了一种运动方式,然后赋予这种运动方式 “特权”,进而让此运动方式对应的观测者随之具有 “特权”。观测者在其中静止的空间可称为参考空间,那么此参考空间也随之具有了 “特权”。
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牛顿赋予此运动方式 “特权”的方法就是:将此运动方式划归给物体的本性,以上升到定律的方式使它成为物体自身的一种性质,这个性质就被称为惯性。此运动方式对应的特权化的参考空间也被称为惯性参考系。
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但问题的关键在于:牛顿为什么非得挑选 “静止或匀速直线运动”而赋予其 “特权”呢?牛顿能不能挑选其它运动方式,然后也赋予这种运动方式 “特权”呢? 答案是完全可以。
比如,如果挑选加速度为a的匀加速直线运动,然后赋予这种运动方式 “特权”,进而让此运动方式对应的参考空间———能让一个不受外力作用的物体呈现出这种运动方式的参考空间———也随之具有了 “特权”。这样一来,不受外力作用的所有物体,在这个特权化的参考空间中,也都只会以加速度为a 的匀加速直线运动这种运动方式进行运动。
同样,具有这种 “特权”的运动方式 (即加速度为a 的匀加速直线运动)也可以划归为物质自身的性质,也可以被称为惯性。所以,在这个特权化的参考空间中,不受外力作用的所有物体由于其惯性都会保持以a 为加速度的匀加速直线运动即在这个参考空间中,,惯性运动变为了加速度为a 的匀加速直线运动。.......。以此为根基和出发点同样可以创建一套力学理论。并且这套力学理论与牛顿力学是等效的。
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用今天大家熟悉的物理术语来说,在牛顿力学中,静止或匀速直线运动和对应的惯性参考系被牛顿挑选出来并被赋予 “特权”,然后牛顿以此为出发点创建了牛顿力学。但这种挑选并不是唯一可行的方案。实际情况是:我们可以挑选任意一个非惯性参考系,让它具有 “特权”,再让这个非惯性参考系中不受外力作用物体呈现出的运动方式也具有 “特权”,即把这种运动方式 (而不再是静止或匀速直线运动)划归为物体的惯性。那么,以此非惯性参考系和此运动方式为出发点,也能创建一套力学理论,并且这套力学理论与牛顿力学之间是等效的。这样一来,所有的参考系都可以具有 “特权地位”,而不是只有惯性参考性才具有 “特权地位”。也就是说所有参考系的地位都是等同的。这个结论后来成为了爱因斯坦的广义 相对性原理。
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