相对论|自由落体实验做了几百年为何还要做?它的重要性超乎你的想象( 二 )


自由落体实验 , 要验证的 , 就是这惯性质量跟引力质量 , 是不是等价的 , 这 , 才是这个实验最重要的目的!
后来 , 因为自由落体实验不好做 , 难以精确 , 所以 , 牛顿就设计了一个单摆实验 , 来验证引力质量跟惯性质量 , 是不是等价 。 牛顿尝试了不同材质的物体来做单摆 , 经过反复测量 , 把测量的结果尽量精确到小数点后四五位 , 牛顿发现 , 引力质量跟惯性质量 , 在数值上是一样的 , 没有区别 。
牛顿
1900年 , 匈牙利物理学家厄缶 , 他改进了扭秤的设计 , 把实验的精度提升到小数点后八位 , 仍然没有发现引力质量跟惯性质量 , 两者究竟有啥差别 。
物理学家厄缶
不过 , 在牛顿力学体系中 , 最重要的基础 , 是绝对时空 , 万有引力公式跟牛顿三大运动定律 , 这引力质量跟惯性质量 , 究竟是不是一回事 , 也就是个物理常数问题 , 并不是特别重要的事情 , 但几年后 , 一个大神出手 , 重构物理学大厦 , 这引力质量跟惯性质量 , 霎时间就成了物理学至关重要的问题 。
这大神是谁?自然是20世纪物理学的绝对主角爱因斯坦了 。
现代物理之父
爱因斯坦在1905年创立狭义相对论 , 推翻了牛顿的绝对时空观 。 狭义相对论描述的是惯性参照系下的运动定律 , 然而 , 当爱因斯坦想把相对论推广到非惯性系的时候 , 却遇到了很大的困难 。 因为 , 传统的牛顿力学 , 是建立在牛顿的绝对时空观的基础上的 , 有了绝对时空 , 惯性系非惯性系 , 就很好定义 。 然而一旦没有了绝对时空 , 这惯性系非惯性系 , 就难以定义了 。 惯性系非惯性系都定义不了 , 相对论自然也就无法推广了 。
爱因斯坦一直在沉思这个问题 , 某一天坐电梯的时候 , 他体验到失重的感觉 , 由此灵光一闪 , 从引力质量跟惯性质量等价 , 这个大多数物理学家没有太注意的现象出发 , 将之作为广义相对论的基础性原理 , 称之为等效原理 。
美剧《天才爱因斯坦》中 , 爱因斯坦从电梯中领悟了等效原理
等效原理 , 再加上另一个广义相对性原理 , 这两个原理成为了广义相对论的支柱性原理 , 两者撑起了相对论这座森严的大厦 , 而相对论跟量子力学 , 又支撑起了整个现代物理 。
讲到现在 , 大家也应该明白 , 这惯性质量跟引力质量为何重要 , 两者的等价 , 是现代物理基础中的基础 。 一旦能够通过做实验 , 证明两者并非等价 , 那整个相对论都会被推翻 , 现代的物理学理论 , 也要重新构建 。 如果真有科学家做出这样的实验 , 那他一定可以永垂物理学史册 。
正因如此 , 才不断有科学家孜孜不倦地在做自由落体实验 , 去验证引力质量跟惯性质量 , 两者究竟是否等价 。 前苏联物理学家布拉金斯基 , 把实验做到了小数点后12位 , 仍然没有发现 , 这两者在数量上有啥区别 。
【相对论|自由落体实验做了几百年为何还要做?它的重要性超乎你的想象】也许 , 数百年后 , 随着人类的技术发展 , 人类终于可以发现引力质量跟惯性质量的区别 , 相对论需要被修正 , 爱因斯坦被推翻 , 那时的基础科学 , 才能够形成真正的突破?还是人类就像《三体》中描述的那样 , 科技被封锁 , 基础科学永无突破 , 爱因斯坦永远被封神?聪明的网友们 , 你认为呢?