相對(duì)論精華專(zhuān)題

1、相對(duì)論引入：相對(duì)論是本世紀(jì)物理學(xué)的最偉大的成就之一，它標(biāo)志著物理學(xué)的重大發(fā)展，使一些物理學(xué)的基本概念發(fā) 生了深刻的變革。狹義相對(duì)論提出了新的時(shí)空觀，建立了高速運(yùn)動(dòng)物體的力學(xué)規(guī)律，揭露了質(zhì)量和能量的 內(nèi)在聯(lián)系，構(gòu)成了近代物理學(xué)的兩大支柱之一。一.伽利略相對(duì)性原理1632年，伽利略發(fā)表了關(guān)于兩種世界體系的對(duì)話一書(shū)，作出了如下概述：相對(duì)任何慣性系，力學(xué)規(guī)律都具有相同的形式，換言之，在描述力學(xué)的規(guī)律上，一切慣性系都是等價(jià) 的。這一原理稱(chēng)為伽利略相對(duì)性原理，或經(jīng)典力學(xué)的相對(duì)性系原理。其中“慣性系”是指凡是牛頓運(yùn)動(dòng)定 律成立的參照系。二.狹義相對(duì)論的基本原理19世紀(jì)中葉，麥克斯韋在總結(jié)前人研究電磁現(xiàn)象的基

2、礎(chǔ)上，建立了完整的電磁理論，又稱(chēng)麥克斯韋電 磁場(chǎng)方程組。麥克斯韋電磁理論不但能夠解釋當(dāng)時(shí)已知的電磁現(xiàn)象，而且預(yù)言了電磁波的存在，確認(rèn)光是波長(zhǎng)較短的電磁波，電磁波在真空中的傳播速度為一常數(shù)，CnSOX108米/秒，并很快為實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。從麥?zhǔn)戏匠探M中解出的光在真空中的傳播速度與光源的速度無(wú)關(guān)。如果光波也和聲波一樣，是靠一種媒質(zhì)（以太）傳播的，那么光速相對(duì)于絕對(duì)靜止的以太就應(yīng)該是不變的?？茖W(xué)家們?yōu)榱藢ふ乙蕴隽舜罅?的實(shí)驗(yàn)，其中以美國(guó)物理學(xué)家邁克耳孫和莫雷實(shí)驗(yàn)最為著名。這個(gè)實(shí)驗(yàn)不但沒(méi)能證明以太的存在，相反卻 宣判了以太的死刑，證明光速相對(duì)于地球是各向同性的。但是這卻與經(jīng)典的運(yùn)動(dòng)學(xué)理論相矛盾。愛(ài)因斯坦

3、分析了物理學(xué)的發(fā)展，特別是電磁理論，擺脫了絕對(duì)時(shí)空觀的束縛，科學(xué)地提出了兩條假設(shè)， 作為狹義相對(duì)論的兩條基本原理：1、狹義相對(duì)論的相對(duì)性原理在所有的慣性系中，物理定律都具有相同的表達(dá)形式。這條原理是力學(xué)相對(duì)性原理的推廣，它不僅適用于力學(xué)定律，乃至適合電磁學(xué)，光學(xué)等所有物理定律。 狹義相對(duì)論的相對(duì)性原理表明物理學(xué)定律與慣性參照系的選擇無(wú)關(guān)，或者說(shuō)一切慣性系都是等價(jià)的，人們 不論在哪個(gè)慣性系中做實(shí)驗(yàn)，都不能確定該慣性系是靜止的，還是在作勻速直線運(yùn)動(dòng)。2、光速不變?cè)碓谒械膽T性系中，測(cè)得真空中的光速都等于c,與光源的運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)。邁克耳孫一莫雷實(shí)驗(yàn)是光速不變?cè)淼挠辛Φ膶?shí)驗(yàn)證明。事件 任何一個(gè)現(xiàn)象稱(chēng)為

4、一個(gè)事件。物質(zhì)運(yùn)動(dòng)可以看做一連串事件的發(fā)展過(guò)程，事件可以有各種具體 內(nèi)容，如開(kāi)始講演、火車(chē)到站、粒子衰變等，但它總是在一定的地點(diǎn)于一定時(shí)刻發(fā)生，因此我們用四個(gè)坐 標(biāo)（x, y, z, t）代表一個(gè)事件。間隔 設(shè)兩事件（為，,，411）與（x2，y2，z2,t2）,我們定義這兩事件的間隔為s2 =c2(t2 -t1 2 -(X2 -X1 2 (V2 y1 f -(Z2 -Z1 2間隔不變性設(shè)兩事件在某一參考系中的時(shí)空坐標(biāo)為（。必2,匕）與（X2,y2,Z2，t2）,其間隔為s2-t1 2 -(X2 -X1 f -(y2 - y1 f -4 2在另一參考系中觀察這兩事件的時(shí)空坐標(biāo)為（X1,y1,乙

5、，力）與（X2,y2,Z2, t2 ）,其間隔為由光速不變性可得2, s=c2 心 - 3 2 -(X2 - X1 ) 一 5 一 y1 2 - 3 - Z1s2=s2,這種關(guān)系稱(chēng)為間隔不變性。它表示兩事件的間隔不因參考系變換而改變。它是相對(duì)論時(shí)空觀的一個(gè)基本關(guān)系。3.相對(duì)論的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)斐索實(shí)驗(yàn)上世紀(jì)人們用“以太”理論來(lái)解釋電磁現(xiàn)象，認(rèn)為電磁場(chǎng)是一種充滿整個(gè)空間的特殊介質(zhì)“以太”的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。麥克斯韋方程在相對(duì)以太靜止的參考系中才精確成立，于是人們提出地球或其他運(yùn)動(dòng)物體是否帶著以太運(yùn)動(dòng)？斐索實(shí)驗(yàn)（1851年）就是測(cè)定運(yùn)動(dòng)媒質(zhì)的光速實(shí)驗(yàn)。其實(shí)驗(yàn)裝置如圖21所示；光由光源 L射出后，經(jīng)半透鏡 P分為兩

6、束，一束透過(guò)P到鏡Mi,然后反射到 M2,再經(jīng)鏡 M3到P,其中一部分透過(guò) P到目鏡T。另一束由P反射后，經(jīng)鏡 M3、M2和Mi再回到P時(shí)，一部分被反射，亦到目鏡To光線傳播途中置有水管，整個(gè)裝置是固定于地球上的，當(dāng)管中水不流動(dòng)時(shí)，兩光束經(jīng)歷的時(shí)間相等， 因而到達(dá)目鏡中無(wú)位相差。當(dāng)水管中的水流動(dòng)時(shí)，兩束光中一束順?biāo)鱾鞑?，一束逆水流傳播。設(shè)水管的c長(zhǎng)度皆為l ,水的流速為 V,折射率為 n,光在水中的速度為n。設(shè)水完全帶動(dòng)以太，則光順?biāo)膫鞑ニ俣葦?shù)（曳引系數(shù)）為k,;若水完全不帶動(dòng)以太，光對(duì)裝置的速度順逆水均為c,c,一kvkv則順?biāo)疄閚 ,逆水為n, 2l :t =c .- kv n21ck

7、v n斐索測(cè)量干涉現(xiàn)象的變化，測(cè)得k =1 - 1 nn ；若部分被帶動(dòng)，令帶動(dòng)系,k多少由實(shí)驗(yàn)測(cè)定，這時(shí)兩束光到達(dá)目鏡4lkv c2 n,所以光在介質(zhì)參考系中的傳播速度為T(mén)的時(shí)差c 11、 口u =+ 1 一 vcOSHn n）式中0是光線傳播方向與介質(zhì)運(yùn)動(dòng)方向間的夾角?，F(xiàn)在我們知道，勻速運(yùn)動(dòng)介質(zhì)中的光速 可由相對(duì)論的速度合成公式求得，設(shè)介質(zhì)（水）相對(duì)實(shí)驗(yàn)室沿 X軸方向以速度 v運(yùn)動(dòng),選S系固定在介質(zhì)上，在 S上觀察，介質(zhì)中c的光速各方向都是n ,所以光相對(duì)實(shí)驗(yàn)室的c vn u -c 一 v1 -2cc v n1 -cncn由此可知，由相對(duì)論的觀點(diǎn)，根本不需要“以太”的假說(shuō)，更談不到曳引系數(shù)

8、了。邁克爾孫一莫來(lái)實(shí)驗(yàn)邁克爾孫一莫來(lái)于1887年利用靈敏的干涉儀，方法測(cè)定地球的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)。實(shí)驗(yàn)時(shí)先使干涉儀的 的運(yùn)動(dòng)方向平行，另一臂與地球的運(yùn)動(dòng)方向垂直。 理論，在運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)中，光速應(yīng)該各向不等，因 涉條紋。再使整個(gè)儀器轉(zhuǎn)過(guò)90,就應(yīng)該發(fā)現(xiàn)條紋紋移動(dòng)的總數(shù)，就可算出地球運(yùn)動(dòng)的速度V。邁克實(shí)驗(yàn)的裝置如圖所示，使一束由光源S射來(lái)的平光線傾斜 45角的半鍍銀鏡面M上，被分成兩束互Mi企圖用光學(xué) 一臂與地球 按照經(jīng)典的 而可看到干 的移到，由條 爾孫一莫來(lái) 行光，到達(dá)對(duì) 相垂直的相干光。其中透射部分沿MM2方向前進(jìn)，被鏡M2反射回來(lái)，至ij M上，再部分地反射后沿MT進(jìn)行；反射部分沿 MMi方行進(jìn)行，

9、被鏡反射回來(lái)后再到達(dá)M上，光線部分透過(guò), 也與gMT進(jìn)行。這兩束光在 MTT向上互相干涉。而在 T處觀察或攝影，由于 MM 2臂沿著地球運(yùn)動(dòng)方向，臂MMi垂直于地球運(yùn)動(dòng)方向，若MM2=MMi=|,地球的運(yùn)動(dòng)速度為v,則兩束光回到M點(diǎn)的時(shí)間差為當(dāng)儀器繞豎直軸旋轉(zhuǎn)90角，使MM1變?yōu)檠氐厍蜻\(yùn)動(dòng)方向，MM2垂直于地球運(yùn)動(dòng)方向，則兩束光到達(dá)M的時(shí)差為 2 寸 m v !t = 一c c.J我們知道，當(dāng)時(shí)間差的改變量是光波的一個(gè)周期90后，在望遠(yuǎn)鏡 T處看到的干涉條紋移動(dòng)的總數(shù)為T(mén)i時(shí)，就引起一條干涉條紋的移動(dòng)，所以，當(dāng)儀器轉(zhuǎn)動(dòng)2lTi式中入是波長(zhǎng)，當(dāng)l=ii米，v=3Mi04米/秒，c=3m108米/

10、秒，所用光波的波長(zhǎng) 九=5.9Mi0，米時(shí)，則NI- 0.4,這相當(dāng)于在儀器旋轉(zhuǎn)前為明條紋，旋轉(zhuǎn)以1變?yōu)榘禇l紋。但是他們?cè)趯?shí)驗(yàn)中測(cè)得 N- 100 ,論是在白天、夜晚以及一年中的所有季節(jié)進(jìn)行實(shí)得到否定的結(jié)果，就是說(shuō)光學(xué)的方法亦測(cè)不出所在（地球）的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。三。相對(duì)論的推論：后幾乎1.時(shí)間膨脹假定列車(chē)（K系）以勻速V相對(duì)于路基行駛，車(chē)廂里一邊裝有光源，緊挨著它有一標(biāo)準(zhǔn)鐘。正對(duì)面放置一面反射鏡M,可使橫向發(fā)射的光脈沖原路返回。設(shè)車(chē)廂的寬度為b,則在光脈沖來(lái)回往返過(guò)程中，車(chē)上的鐘走過(guò)的時(shí)間為寸=生c從路基（K系）的觀點(diǎn)看，由于列車(chē)在行進(jìn),光線走的是鋸齒形路徑，光線來(lái)回”一次的時(shí)間為:21t = c注

11、意，這里用到了在兩參考系中車(chē)廂的寬度b一樣的性質(zhì)。由兩式消去 b,得At和A之間的關(guān)系:d V21-c2式中v=, c一一1 -1 J2這就是說(shuō)，在一個(gè)慣性系 叫做愛(ài)因斯坦延緩，時(shí)間膨脹,（如上述K系）或鐘慢效應(yīng)。中，運(yùn)動(dòng)的鐘（如上述列車(chē)?yán)锏溺姡┍褥o止的鐘走得慢。這種效應(yīng).長(zhǎng)度收縮為了在相對(duì)靜止的參考系K內(nèi)測(cè)量一直桿的長(zhǎng)度，可在直桿的一端加一脈沖激光器和一接收器， 鏡，如圖所示。精密測(cè)得光束往返的時(shí)間間隔 得知直桿的長(zhǎng)度 L = cAt /2.按照光速不變?cè)?，光?c是不變的。另一端設(shè)一反射A俯，即可另外，根據(jù)式,從K系觀測(cè)上述測(cè)量過(guò)程的時(shí)間間隔A t與在K系本身里的時(shí)間間隔At是可比白性H

12、I2式中V為直桿在K系中的速度。下面我們就來(lái)看，此測(cè)量過(guò)程在K系里是怎樣表現(xiàn)的，并從中找到At和L的關(guān)系。=L()平面鐐接收器檄光管F&一測(cè)量固有長(zhǎng)度ipcAti 平面鏡卜前傳的光程接收器。返回的光程在K系中觀測(cè)，光束往返的路徑長(zhǎng)度 di和d2是不等的，從而所需的時(shí)間A1和A2也不等。設(shè)直桿以速度 V同理會(huì)沿自身長(zhǎng)度的方向運(yùn)動(dòng)，它在時(shí)間間隔a 1內(nèi)走過(guò)距離VA ti,故d產(chǎn)L+V&m而Atl = ；Tv有：& =而% = &/%由此得：tAt =+ At2 = L(eTv c+VJ-c(l-V2/c2)那么-；由于上式里的根式小于1,結(jié)合時(shí)間關(guān)系有I -1.八/|“，I.,/ K這就是說(shuō)，物體

13、沿運(yùn)動(dòng)方向的長(zhǎng)度比其固有長(zhǎng)度短。這種效應(yīng)叫做洛倫茲收縮，或尺縮效應(yīng)。3.洛侖茲變換與速度變換為簡(jiǎn)明起見(jiàn)，設(shè)兩坐標(biāo)原點(diǎn)O、O在t=t = 0時(shí)刻重合，且 K系V沿彼此重合的x和x軸正方向運(yùn)動(dòng)，而 y和y軸、z和z軸保持平OO，： =Vt設(shè)在x、x軸上的A點(diǎn)發(fā)生一事件，對(duì) K系來(lái)說(shuō)A點(diǎn)的坐標(biāo)為X=OA=OOI +0飆Ji-vG 式中的根式以勻速行。于是是由于K系以速度V相對(duì)于K系運(yùn)動(dòng)而出現(xiàn)的尺縮因子，于是有x -Vt-Vt=vt+7Tvy77)Bx：芯反之，從K系到K系的逆變換：從以上父-Vt兩式消去x:一 ,./+VtJ )如果A點(diǎn)不在x、x軸上，則由于垂直方向長(zhǎng)度不變，我們有 V = y z=

14、綜上所述，我們得到從 K系到K系 空間、時(shí)間坐標(biāo)的變換關(guān)系：x - Vt口= = 7(x- Pct), VI - V2/JV，r 赤一1)1 -V /c2t= /、=r = * -/c).17仙J另一方面，根據(jù)相對(duì)論的速度合成公式，我們有u二樂(lè)即11一六 TOC o 1-5 h z t-Vx/cJcf 口 3 = T Ct - p x / c)VI-v5J以上便是著名的洛倫茲變換方程。易見(jiàn)，在Vc,的情況下，洛倫茲變換式將過(guò)渡到非相對(duì)論的伽利略變換.動(dòng)量、質(zhì)量與速度的關(guān)系我們?nèi)远x，一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)量p是一個(gè)與它的速K系k,系度 v, ,i L同方向的矢量，寫(xiě)成 p=mv,f .(力m(v) I甌

15、人我們把上式中動(dòng)量與速度的比例系數(shù) m仍定義 sa童前豈 為該質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量，不過(guò)，由于在數(shù)量上 p不一定與v有正A54 B 比關(guān)系，我們把對(duì)此的偏離都?xì)w結(jié)到比例系數(shù) m內(nèi)，即假 、 NQ)I-1設(shè)質(zhì)量m是速度的函數(shù)。碰撞后考查一個(gè)例子一一全同粒子的完全非彈性碰撞。如圖所示，A、B兩個(gè)全同粒子正碰后結(jié)合成為一個(gè)復(fù)合粒子。我們從 K、K兩個(gè)慣性參考系來(lái)討論這個(gè)事件：在 K系 中B粒子靜止，A粒子的速度為v,它們的質(zhì)量分別為 mB=mo和mA= m (v);在K系中A粒子靜止，B粒子的速度為-v,它們的質(zhì)量分別為 mA=mo和mB=m (v).顯然，K系相對(duì)于K系的速度為v.設(shè)碰撞后復(fù)合粒子在 K系

16、的速度為u,質(zhì)量為M (u);在K系的速度為u,由對(duì)稱(chēng)性可以看出，u=-u,故復(fù)合粒子的質(zhì)量仍為 M (u)。根 據(jù)守恒定律，我們有質(zhì)量守恒：m (v) + m0= M (u), 動(dòng)量守恒：m (v) v= M (u) u.由此得出二蟲(chóng)中工工m(v) m(v) u-=1 J1 , m (v) = f = 7mO,由此解得uJi-/J即：運(yùn)動(dòng)物體質(zhì)量多.功和動(dòng)能牛頓力學(xué)里把力定義為動(dòng)量的時(shí)間變化率，這個(gè)定義是可直接推廣到相對(duì)論中的。f =.其中p = m (v) p = 7 叫k也Vl-v1/?這是牛頓第二定律在相對(duì)論中的推廣。我們假定在相對(duì)論中，功能關(guān)系仍具有牛頓力學(xué)中的形式。物體的動(dòng)能Ek。

17、等于外力使它由靜止?fàn)顟B(tài)到運(yùn)動(dòng)狀態(tài)所作的功：=管*加,卜吊卜切:吊2二卜fcVI - v /c即Ek= （mmo） c2.這便是相對(duì)論的 質(zhì)點(diǎn)動(dòng)能公式6.相對(duì)論動(dòng)量和能量的關(guān)系：現(xiàn)在我們易證+ m臚44E = JpY+m；J.這便是相對(duì)論的能量動(dòng)量關(guān)系。有些微觀粒子，如光子、中微子，是沒(méi)有靜質(zhì)量的，因而也沒(méi)有靜質(zhì)能。它們沒(méi)有靜止?fàn)顟B(tài)，一出現(xiàn)，速率總是c.它們有一定的能量 E, m0=0,得這類(lèi)粒子動(dòng)量的大小與能量的關(guān)系式：c我們也可以根據(jù)質(zhì)能關(guān)系定義它們的動(dòng)質(zhì)量 m=E/c2,但這類(lèi)粒子的速率 c是不變的，質(zhì)量喪失了慣性方面的 含義（但引力等效任有意義）。一個(gè)電子和一個(gè)正電子遇到一起，可以湮沒(méi)，

18、變成兩個(gè)丫光子。這是靜質(zhì)能全部轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的例子。廣義相對(duì)論初步性系推廣數(shù)學(xué)運(yùn)算狹義相對(duì)論在慣性系里研究物理規(guī)律，不能處理引力問(wèn)題。1915年，愛(ài)因斯坦在數(shù)學(xué)家的協(xié)助下，把相對(duì)性原理從慣到任意參照系，發(fā)表了廣義相對(duì)論。由于這個(gè)理論過(guò)于抽象，過(guò)于復(fù)雜，這里只做個(gè)大概描述。非慣性系與慣性力牛頓運(yùn)動(dòng)定律在慣性系里才成立，在相對(duì)慣性系做加速運(yùn)動(dòng)的參照系（稱(chēng)非慣性系）里，會(huì)出現(xiàn)什么情況呢？例如，在一列以加速度ai做直線運(yùn)動(dòng)的車(chē)廂里，有一個(gè)質(zhì)量為m的小球，小球保持靜止?fàn)顟B(tài)，小球所受合外力為零，符合牛頓運(yùn)動(dòng)定律。相對(duì)于非慣性系的車(chē)廂來(lái)觀測(cè)，小球以加速度-ai向后運(yùn)動(dòng)，而小球沒(méi)有受到其他物體力的作用，牛頓運(yùn)動(dòng)定

19、律不再成立。不過(guò)，車(chē)廂里的人可以認(rèn)為小球受到一向后的力，把牛頓運(yùn)動(dòng)定律寫(xiě)為f慣二一mai。這樣的力不是其他物體的作用，而是由參照系是非慣性系所引起的，稱(chēng)為慣性力。如果一非慣性系以加速度ai相對(duì)慣性系ai ,相對(duì)于車(chē)廂人感覺(jué)向而運(yùn)動(dòng)，則在此非慣性里，任一質(zhì)量為m的物體受到一慣性力mai,把慣性力mai計(jì)入在內(nèi)，在非慣性里也可以應(yīng)用牛頓定律。當(dāng)汽車(chē)拐彎做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，相對(duì)于地面出現(xiàn)向心加速度 外傾倒，常說(shuō)受到了離心力，正確地說(shuō)應(yīng)是慣性離心力，這就是非慣性系中出現(xiàn)的慣性力。慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律，力一定時(shí)，物體的加速度與質(zhì)量成反比，牛頓定律中的質(zhì)量度量了物體的慣性，稱(chēng)為慣性質(zhì)量，以m慣為符

20、號(hào)，有F = m慣 a根據(jù)萬(wàn)有引力定律，兩物體（質(zhì)點(diǎn)）間的引力和它們的質(zhì)量乘積成正比。萬(wàn)有引力定律中的質(zhì)量，類(lèi)似于庫(kù)侖定律中的電荷，稱(chēng)為引力質(zhì)量，以m引為符號(hào)。慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量是兩個(gè)不同的概念，沒(méi)有必然相等的邏輯關(guān)系，它們是否相等，應(yīng)由實(shí)驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)。本世紀(jì)初，匈牙利物理學(xué)家厄缶應(yīng)用扭秤證明，只要單位選擇恰當(dāng)，慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量相等，實(shí)驗(yàn)精度斤）慣和ml ,以M引代表地球達(dá)10上。后來(lái)，人們又把兩者相等的實(shí)驗(yàn)精度提高到10,2。設(shè)一物體在地面上做自由落體運(yùn)動(dòng)，此物體的慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量分別為的引力質(zhì)量，根據(jù)萬(wàn)有引力定律和牛頓第二定律，有R2二m慣g2m5i = m慣，所以g = GM引/ R ,

21、與式中G為萬(wàn)有引力常量，R為地球半徑，g為物體下落的加速度。因?yàn)槲矬w的質(zhì)量無(wú)關(guān)。這就是伽利略自由落體實(shí)驗(yàn)的結(jié)論。既然慣性質(zhì)量與引力質(zhì)量相等，就可以簡(jiǎn)單地應(yīng)用質(zhì)量一詞，并應(yīng)用相同的單位。質(zhì)量也度量了物質(zhì)的多少。廣義相對(duì)論的基本原理愛(ài)因斯坦提出廣義相對(duì)論，主要依據(jù)就是引力質(zhì)量和慣性質(zhì)量相等的實(shí)驗(yàn)事實(shí)。既然引力質(zhì)量和慣性相等，就無(wú)法把加速坐標(biāo)系中的慣性力和引力區(qū)分開(kāi)來(lái)。比如，在地面上，物體以g = 9.8米/秒2的加速度向下運(yùn)動(dòng)。這是地球引力作用的結(jié)果。設(shè)想在沒(méi)有引力的太空，一個(gè)飛船以a = 98米/秒2做直線運(yùn)動(dòng)（現(xiàn)在可以做到），宇航員感受到慣性力，力的方向與a的方向相反，這時(shí)他完全可以認(rèn)為是受到

22、引力的作用。勻加速的參照系與均勻引力場(chǎng)等效，這是愛(ài)因斯坦提出的等效原理的特殊形式。因?yàn)橐|(zhì)量和慣性質(zhì)量相等，所以，在均勻引力場(chǎng)中，不同的物體以相同的加速度運(yùn)動(dòng)。這也是伽利略自由落體實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。它可一般敘述為：在引力場(chǎng)中，如無(wú)其他力作用，任何質(zhì)量的質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律都相同。這是等效原理的另 一種表述。由于等效原理，相對(duì)于做加速運(yùn)動(dòng)的參照系來(lái)觀測(cè)，任一質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律都是引力作用的結(jié)果，具有 相同的規(guī)律形式。愛(ài)因斯坦進(jìn)一步假設(shè)，相對(duì)任何一種坐標(biāo)系，物理學(xué)的基本規(guī)律都具有相同的形式。這個(gè)原理表明，一切參照系都是平等的，所以又稱(chēng)為廣義協(xié)變性原理。等效性原理和廣義協(xié)變性原理是廣義相對(duì)論的基本原理。廣義本目對(duì)論的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證在廣義相對(duì)論的基本原理下，應(yīng)建立新的引力理論和運(yùn)動(dòng)定律,愛(ài)因斯坦完成了這個(gè)任務(wù)。這樣，牛頓運(yùn)動(dòng)定律和萬(wàn)有引力定律成為一定條件下廣義相對(duì)論的近似規(guī)律。根據(jù)廣義相對(duì)論得出的許多重要結(jié)論，有一些已得到實(shí)驗(yàn)證實(shí)。下面