20.惯性质量和引力质量相等是广义相对性公设的一个论据
爱因斯坦的成功故事
爱因斯坦的成功故事阿尔伯特·爱因斯坦(1879.3.14-1955.4.18)是著名的德国犹太裔理论物理学家、思想家及哲学家。
他有着很多成功励志的小故事。
以下是店铺分享的爱因斯坦的成功故事，一起来和小编看看吧。
爱因斯坦的成功故事篇(一)爱因斯坦，20世纪最伟大的物理学家，科学革命的旗手。
1879年3月14日生于德国乌尔姆一个犹太人家庭。
父亲和叔父开的电气小工厂和家庭的自由派思想，使他童年就受到科学和哲学的启蒙加上音乐熏陶.他从小脑中就充满许多奇思还想，例如4岁时就奇怪为什么罗盘针总是转向南方?它周围有什么东西推动它?小学时排犹浪潮、军国主义教育方式和宗教礼仪等使他厌恶权威，他说：“我这个教徒在12岁时突然终结了，通过阅读科普书籍，我很快领悟到圣经里的许多故事不是真的.我认为青年被政府用谎言故意地欺骗了”.12岁时他一口气读完《几何学原》本，并练习用自己的方法证明定理.他特别喜欢读《自然科学通俗丛书》中如《力与物质》等书.13岁时读了康德的《纯粹理性批判》，使他的思考转向宇宙、哲学和自然现象中的逻辑.他的数学物理很出色，但其余学业成绩不佳.15岁时，即他中学毕业前一年本已准备“因神经系统状况不佳”休学，学校却以其自由主义思想令其退学.他在辗转意大利和瑞士的高校人学考试中曾因无中学文会和外语、生物课成绩不佳而落榜.1895年在阿。
劳人大学预科班，过了一年愉快的学习生活.他随时将思考记人身边的小本，例如“追光问题”：观察者随光前进时，会不会看见电磁波形成停止的驻波?1896年，他进人瑞士苏黎世工科大学师范系(实即数理系).他喜欢在物理实验室观察实际现象.读科学原著和思考现代物理学中的重大问题.1900年毕业后失业两年才到瑞士专利局任三级鉴定员，这里的七年是他辉煌的科学创造时期.1902～1905年，他和两个青年朋友每晚阅读和讨论哲学与自然科学著作，戏称为“奥林比亚科学院”.1908年兼任伯尔尼大学编外讲师.1909年离开专利局任苏黎世大学理论物理学副教授.1911年任布拉格德国大学理论物理学教授.1912年任母校苏黎世联邦工业大学教授.1914年任柏林大学教授和威廉皇帝物理研究所所长.法西斯政权建立后。
爱因斯坦为什么会这么聪明
爱因斯坦为什么会这么聪明爱因斯坦是著名的德国犹太裔理论物理学家、思想家及哲学家。
很多人都好奇为什么爱因斯坦这么聪明。
接下来就和店铺一起去看看爱因斯坦聪明的原因爱因斯坦这么聪明的原因吧。
爱因斯坦这么聪明的原因爱因斯坦智慧是有道理的，他的大脑是不同于常人：他的大脑被保存用于研究目的，科学家们发现，他的大脑的百分之五比一般人大盖，除了他的大多数人并没有覆盖大脑通过一条沟分为两个，但为一体，因此推断这可能是一个“天才”的来源，也就是天生的，而非后天。
加拿大科学家威特米克尔森和他的同事写道最近发现的?爱因斯坦的大脑构成两个不同的“特殊功能”。
他的一个“沟”高于平均短了很多，这有助于信息的神经元爱因斯坦更容易传播，思想活跃高于平均水平;?第二，爱因斯坦的“顶”15%，比平均宽度大脑的这个区域就是为地方数学，视觉和三维图像的思考空间。
这大概就是为什么爱因斯坦的数学和主要原因太空领域取得超人的成绩。
爱因斯坦的介绍阿尔伯特·爱因斯坦Albert Einstein (Альберт Ейнштейн)，出生在德国的一个犹太人家庭。
世界十大杰出物理学家之一，现代物理学的开山鼻祖、集大成者和奠基人，同时也是一位著名的思想家和哲学家。
爱因斯坦1900年毕业于苏黎世联邦理工学院，入瑞士国籍(原德国人)。
1905年获苏黎世大学哲学博士学位。
曾在伯尔尼专利局任职，在苏黎世工业大学、布拉格德意志担任大学教授。
1913年返德国，任柏林威廉皇帝物理研究所所长和柏林洪堡大学教授，并当选为普鲁士皇家科学院院士。
1933年爱因斯坦在英国期间，被格拉斯哥大学授予荣誉法学博士学位(LL.D)。
因受纳粹政权迫害，迁居美国，任普林斯顿高级研究所(Institute for Advanced Study)教授。
从事理论物理研究，1940年入美国国籍。
爱因斯坦的成就相对论狭义相对论的创立早在16岁时，爱因斯坦就从书本上了解到光是以很快速度前进的电磁波，他产生了一个想法，如果一个人以光的速度运动，他将看到一幅什么样的世界景象呢?他将看不到前进的光，只能看到在空间里振荡着却停滞不前的电磁场。
相对论的缺陷
狭和广相的缺陷及适用范义和广义相对论的缺陷及适用范围付昱华（中国海洋石油研究中心，北京，100020, E-mail: fuyh@ ）摘 要 狭义和广义相对论有三个根本缺陷。
第一，狭义和广义相对论各有两个基本原理，在整个相对论内部共有四个基本原理，这些明显地不符合真理的唯一性；第二，狭义相对论的两个基本原理和广义相对论的两个基本原理，没有一个是普遍正确的；第三，从数学原理出发而不是从物理原理出发建立物理理论。
在此基础上，给出狭义和广义相对论的适用范围。
指出相对论（包括洛伦兹变换）导致的若干错误结果，例如对于声速在真空中恒为零以及两兄弟的运动状态完全相同的双生子佯谬等问题。
提出将能量守恒原理作为统一处理物理学、天文学、力学、化学、生物学、医学、工程学等领域与能量有关所有问题的跨学科大统一理论，将动态Smarandache重空间中的量子化统一变分原理和分形方法作为跨学科大统一方法。
以“能量守恒科学”取代或部分取代相对论。
关键词 狭义和广义相对论，缺陷，适用范围，能量守恒科学Shortcomings and Applicable Scopes ofSpecial and General Theory of RelativityFu Yuhua(China Offshore Oil Research Center, Beijing, 100020, China)(E-mail: fuyh@)Abstract: The special theory of relativity and general theory of relativity have three basic shortcomings. First, the special and the general theory of relativity respectively have two basic principles, altogether has four basic principles in the interior of relativity,these obviously do not conform to the truth uniqueness; Second, for the two basic principles of special theory of relativity and the two basic principles of general theory of relativity, no one is universal correct; Third, establishing the physics theory from the mathematics principle instead of the physical principle. In this foundation, presents the applicable scopes of special and general theory of relativity. Points out some wrong results caused by the theory of relativity (including the Lorentz transformation), such as the problems that the sonic speed in vacuum permanently is equal to zero, the twin paradox that the two brothers' state of motion are quite same, and so on. Proposes that taking law (principle) of conservation of energy as the grand unified theory of interdiscipline to unified process all the problems related to energy in physics, astronomy,mechanics,chemistry,biology,medicine,engineering and so on; taking the unified variational principle for quantization in dynamic Smarandache multi-space and the fractal method as the grand unified method of interdiscipline; and taking the "science of conservation of energy" to replace or partially replace the theory of relativity.Key words：Special and general theory of relativity, shortcomings, applicable scope, science of conservation of energy前言人们一般认为，爱因斯坦是二十世纪最伟大的科学家，他的成就仅次于牛顿。
相对论的基本原理
狭义相对论和广义相对论的基本概念狭义相对论和广义相对论是爱因斯坦提出的两个重要的物理理论，它们革命性地改变了我们对时空和引力的理解。
以下是对这两个理论的基本概念的介绍：狭义相对论狭义相对论是爱因斯坦于1905年提出的理论，它基于两个基本原则：光速不变原理和相对性原理。
光速不变原理指出，在任何参考系中，光的速度都是恒定不变的。
相对性原理则表明，物理定律在不同的惯性参考系中都应该具有相同的形式。
狭义相对论引入了一种新的时空观念，即时空是一个四维的连续结构，称为闵可夫斯基时空。
它将时间和空间统一起来，将事件的发生视为时空中的点。
在狭义相对论中，物体的质量、长度和时间都会随着其相对于观察者的运动状态而发生变化。
著名的相对论质能方程E=mc²表明质量和能量之间存在等效关系，质量可以转化为能量，而能量也可以转化为质量。
广义相对论广义相对论于1915年由爱因斯坦提出，是对引力的全新理解。
广义相对论基于等效原理，它指出，惯性质量和引力质量是等效的，即物体的受力情况与其所处的引力场中的质量分布相同。
广义相对论提出了一种新的引力描述方法，即引力的几何描述。
它认为引力并不是一种真正的力，而是由物体弯曲了周围的时空而产生的效应。
物体在弯曲的时空中沿着最短路径运动，这条路径被称为测地线。
根据广义相对论的理论，物体的质量和能量会扭曲时空的几何结构，形成引力场。
这种扭曲可以通过引力透镜效应进行观测，当光线经过引力场时，会发生偏折和弯曲，产生视觉上的变形。
广义相对论的应用范围广泛，不仅解释了行星运动、黑洞、宇宙膨胀等现象，还为宇宙学提供了基本框架。
狭义相对论和广义相对论的提出彻底改变了我们对时空和引力的认识，对于理解宇宙的运行方式和物质的行为具有重要意义。
等效原理和引力的几何描述等效原理和引力的几何描述是广义相对论的基本概念，它们为我们理解引力的本质和作用方式提供了重要的线索。
以下是对等效原理和引力几何描述的详细介绍：等效原理等效原理是广义相对论的核心概念之一，它指出惯性质量和引力质量是等效的，即物体的受力情况与其所处的引力场中的质量分布相同。
广义相对论 第二章
第二章 广义相对论的物理基础Einstein 狭义相对论的建立，抛弃了牛顿的绝对时空观，所有惯性参考系之间在描述物理规律时是平权的、等价的。
新理论解决了牛顿绝对时空观与Maxwell 方程的矛盾，把惯性参考系之间的伽利略变换扩展成洛仑兹变换。
然而，狭义相对论的诞生又给物理学家带来了新的矛盾和问题，那就是惯性系如何定义以及万有引力定律不满足Lorentz 协变性的困难。
2.1 等效原理和广义相对性原理在牛顿理论中，惯性系被定义为相对于绝对空间静止或作匀速直线运动的参考系。
狭义相对论不承认绝对空间，自然上述定义也就无法运用了。
一个通常的办法就是利用惯性定律来定义惯性系，即定义惯性定律在其中成立的参考系为惯性系。
惯性定律表述为：“一个不受外力的物体将保持静止或匀速直线运动的状态不变。
”然而，“不受外力”如何判断？“不受外力”通常意味着一个物体能够在惯性系中保持静止或匀速直线运动状态。
显然，这其中存在着无法摆脱的循环论证，本来以为很自然的惯性系都无法准确定义，于是整个狭义相对论理论就好像建立在了沙滩上的高楼大厦一样，没有了最起码的基础。
同时，另一个棘手的问题是，按照狭义相对性原理任何物理规律在不同的惯性参考系之间的变换应满足洛仑兹协变性。
可是，作为自然界最普遍规律的万有引力定律，却不满足洛仑兹协变性。
为了克服这两个严重的困难，Einstein 准确地抓住了等效原理这把金钥匙。
2.1.1 等效原理牛顿力学中的质量概念从本质上讲可以从两个角度引入，一个反映了物体产生和接受万有引力的能力，即引力质量g m ；另一个则可看成物体惯性的量度，即惯性质量I m 。
在经典力学中没有任何理由把二者混为一谈，但奇怪的是不把它们区别开来并没有给我们带来任何麻烦，似乎它们本来就应该相同一样。
爱因斯坦曾以地球和石子之间的吸引力为例来说明这一点：“地球以引力吸引石头而对其惯性质量毫无所知，地球的‘召唤’力与引力质量有关，而石头所‘回答’的运动则与惯性质量有关。
《广义相对论入门讲座》连载②——广义相对论的物理基础
个 装 有水 的桶 ， 最初桶 和水 都静 止 ， 水面 是平
的 （ １ ） 然 后让 桶 以角速 度 ∞转动 ， 图 ． ａ 刚开始 时 ， 水
１ ）在 物 体 附 近 有 物 质 堆 积 时 ， 的 惯 性 （ 它 质
量 ） 增加 ． 应
未 被 桶 带 动 ， 时 候 ， 转 水 不 转 ， 面 仍 是 平 的 这 桶 水
抛 弃 绝对 空 间 导 致 了一 个 新 的 困难 ： 性 系如 惯 何 定 义 ？到 哪里 去找 惯性 系 ？ 在 牛顿 理 论 中 ， 性 系 被 定 义为 相 对 于 绝对 空 惯
间静 止 和作 匀速 直 线 运 动 的 参 考 系． 义 相 对 论不 狭 承认 绝 对空 间 ， 上述 定义 不再 有效 ． 个尝 试代 替 的 一 办法 是 利用 惯性 定律 来定 义 惯性 系 ． ， 义惯 性定 即 定
的参 考 系为惯 性 系 ． 是 ， 果 空 间一 无 所 有 ， 们 但 如 我
根 本 无法 标记 和 区分 各 种运 动 ， 何 坐标 系 都 建立 任
不起来．
６ ２
大
学
物
理
第３ Ｏ卷
使 物理 系统 附加新 的效 应 ， 而改 变 物 理规 律 的形 从 式． 惯性 力 有两个 特 点 ：
名 的思想 实验 ： 水桶 实 验．
牛顿 认 为 ， 有 的匀速 直线运 动都 是相 对 的 ， 所 我
们 不可 能通 过速度 来感 知绝 对空 间 的存在． 但是 ， 牛
遥 远 星系对 加速 物 体 产 生 的一 种 类 似 引 力 的 效 应 ． 爱 因斯 坦赞 同 马赫 的思想 ， 它归纳 为 马赫原 理 ： 把
告诉 我 们 ， 切 惯性 系都 是平 权 的 ， 可 能测 出相对 一 不 于绝 对 空 间 的运 动 速度 ． 以 ， 所 牛顿 的绝 对空 间和 绝 对 时间 的概 念必 须 放弃 ． 存在 绝对 速度 ， 切匀 速 不 一 直线 运 动都 是相 对 的 ． 对 时空 的概 念 和 以太 一起 ， 绝 被爱 因斯坦 抛弃 了．
广义相对论
2、惯性力与引力 、 自由空间 加速电梯
比较
爱因斯坦假想实验之一
a=g
mI g 惯性力
引力场中静止 或匀速） （或匀速）的电梯
mG g 引力
两部电梯中考察: 两部电梯中考察 相对初态相同 mI = mg 运动规律相同 的物体的运动 惯性力与引力等效
3
爱因斯坦假想实验之二 引力场中某一时空 点自由下降电梯 远离引力场的自由空间 匀速运动的电梯
如果引力源质量M很大， 如果引力源质量 很大， 对应某 很大
1 2
−1 2
rs 值使
无限缓慢！ 无限缓慢！
例
M = 3M⊕ ≈ 6×10 kg
30
2GM =1 2 c rs
dτ = 0
黑洞
ρ= 10 k g/ m
18
2GM rs = 2 = 104 m c
r
3
s
视界半径
23
上述结果是对史瓦西场得出的。 上述结果是对史瓦西场得出的。 但是，注意到变换式： 但是，注意到变换式：
而某点附近小范围内 才可认为引力为常量
g
以该点的 引力强度 远离引力 场的 自由空间
5
2） “等效”仅就力 ） 等效” 学 效应，为弱等效！ 效应，为弱等效！
自由降落
3、广义相对论的等效原理 、 equivalence principle 惯性力与引力的一切物理效应 一切物理效应在局域内等效 惯性力与引力的一切物理效应在局域内等效 或说：在任何引力场中任一时空点， 或说：在任何引力场中任一时空点， 人们总可以建立一个自由下落的局域参考系， 人们总可以建立一个自由下落的局域参考系， 在这一参考系中狭义相对论所确立的物理规律 在这一参考系中狭义相对论所确立的物理规律 全部有效。 全部有效。 从对力学规律等效→ 从对力学规律等效→对全部物理规律等效 大胆推广！ 等效。 大胆推广！ “强”等效。
引力质量和惯性质量是什么？它们为何相等？
引⼒质量和惯性质量是什么？它们为何相等？科学是永⽆⽌境的，它是⼀个永恒之谜。
——爱因斯坦惯性系的定义需要⼀个绝对静⽌的坐标系作为参考？在深邃的虚空中，如果把⼀块⽯头扔进太空，它会⼀直保持匀速直线运动，这就是惯性，⼀种只有外⼒（如引⼒）才能打破的状态。
但是惯性本⾝不是⼀种⼒，⽽是⼀个系统没有任何静⼒的状态。
另⼀种说法是：在不需要任何外⼒的情况下，物体可以保持恒定的速度。
否则，在保龄球⽐赛中，只要投球⼿⼀松开保龄球，球就会⽴即停⽌，想让球沿着球道移动并击中球瓶，投球⼿就需要不断地推动保龄球。
但事实并⾮如此。
正是当投球⼿移除了⼿给球施加的外⼒后，球才会沿着直线轨迹（除了⾃旋或摩擦的影响）匀速运动。
我们常见的静⽌状态其实是惯性的另⼀种形式。
但是，静⽌状态是相对的。
你坐在你家的门廊上，看着⼀个骑⾃⾏车的⼈以恒定的速度飞驰⽽过，她可以想象⾃⼰是静⽌的，⽽你是在向后移动。
只有环境让她意识到她才是那个移动的⼈，⽽不是坐在门廊上的你。
当我们进⾏物理实验时，不希望某个系统受到外⼒的影响。
这就是为什么⼀个稳定的地⽅，⽐如⼀个稳定的房间，或者⼀个稳定的实验室是理想的实验场所。
但实验室的空间以恒定速度运动也是可以的，因为这种运动是相对的。
我们称任何相对于静⽌状态匀速运动的物体为惯性系。
根据⽜顿第⼀运动定律，惯性系没有合⼒，因此处于平衡状态。
现在你可能会想，静⽌状态的参考系在哪⾥？因为地球在转动，⼀个“固定”的实验室并不是静⽌的，⽽地球上所有的物体都在运动。
为了简单起见，我们称它们为“静⽌状态”，但实际上它们受到了不平衡⼒的作⽤，导致其随地球表⾯旋转。
那么，我们⽤来定义惯性系的真正的静⽌框架在哪⾥呢？⽜顿也认识到了这个问题，所有的天体都在运动，那静⽌的东西在哪⾥？因此，他定义了⼀个被称为“绝对空间”的假想框架来衡量惯性系。
经典⽜顿物理学对绝对空间的需求可以通过⼀个简单的思想实验来理解。
现在想象⼀下，你坐在旋转⽊马上，看着风景从⾝边经过。
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20．惯性质量和引力质量相等是广义相对性公设的一
个论据
我们设想在一无所有的空间中有一个相当大的部分，这里距离众星及其他可以感知的质量非常遥远，可以说我们已经近似地有了伽利略基本定律所要求的条件，这样就有可能力这部分空间（世界）选取一个伽利略参考物体，使对之处于静止状态的点继续保持静止状态，而对之作相对运动的点永远继续作匀速直线运动，我们设想把一个象一向房子似的极宽大的箱子当作参考物体，里面安置一个配备有仪器的观察者。
对于这个观察者而言引力当然并不存在，他必须用绳子把自己拴在地板上，否则他只要轻轻碰一下地板就会朝着房子的天花板慢慢地浮起来。
在箱子盖外面的当中，安装了一个钩子，钩上系有缆索。
现在又设想有一“生物”（是何种生物对我们来说无关重要）开始以恒力拉这根缆索。
于是箱于连同观察者就要开始作匀加速运动“上升”。
经
过一段时间，它们的速度将会达到前所未闻的高值——倘若我们从另一个未用绳牵的参考物体来继续；观察这一切的话。
但是箱子里的人会如何看待这个过程呢？箱子的加速度要通过箱子地板的反作用才能传给他。
所以，如果他不愿意整个人卧倒在地板上，他就必须用他的腿来承受这个压力。
因此，他站立在箱于里实际上与站立在地球上的一个房间里完全一样。
如果他松手放开原来拿在手里的一个物体，箱子的加速度就不会再传到这个物体上，因而这个物体就必然作加速相对运动而落到箱于的地板上，观察者将会进一步断定。
物体朝向箱于的地板的加速度总是有相同的量值。
不论他碰巧用来做实验的物体为何。
依靠他对引力场的知识（如同在前节所讨论的），箱子里的人将会得出这样一个结论：他自己以及箱于是处在一个引力场中，而且该引力场对于时间而言是恒定不变的，当然他会一时感到迷惑不解为什么箱子在这个引力场中并不降落但是正在这个时候他发现箱盖的当中有一个钩子，钩上系着缆索；因此他就得出结论，箱子是静止地悬
挂在引力场中的。
我们是否应该讥笑这个人，说他的结论错了呢，如果我们要保持前后一致的话，我认为我们不应该这样说他；我们反而必须承认，他的思想方法既不违反理性，也不违反已知的力学定律。
虽然我们先认定为箱子相对于“伽利略空间”在作加速运动，但是也仍然能够认定箱于是在静止中。
因此我们确有充分理由可以将相对性原理推广到把相互作加速运动的参考物体也能包括进去的地步，因而对于相对性公设的推广也就获得了一个强有力的论据。
我们必须充分注意到，这种解释方式的可能性是以引力场使一切物体得到同样的加速度这一基本性质为基础的；这也就等于说，是以惯性质量和引力质量相等的这一定律力基础的。
如果这个自然律不存在，处在作加速运动的箱于里的人就不能先假定出一个引力场来解释他周围物体的行为，他就没有理由根据经验假定他的参考物体是“静止的”假定箱子里的人在箱子盖内面系一根绳子，然后在绳子的自由端拴上一个物体，结果绳子受到伸张，“竖直地”悬垂着该物体。
如
果我们问一下绳子上产生张力的原因，箱子里的人就会说：“悬垂着的物体在引力场中受到一向下的力，此力为绳子的张力所平衡；决定绳子张力的大小的是悬垂着的物体的引力质量。
”另一方面，自由地稳定在空中的一个观察者将会这样解释这个情况：“绳子势必参与箱子的加速运动，并将此运动传给拴在绳于上的物体。
绳子的张力的大小恰好足以引起物体的加速度。
决定绳子的张力的大小的是物体的惯性质量。
”我们从这个例子看到，我们对相对性原理的推广隐含着惯性质量和引力质量相等这一定律的必然性。
这样我们就得到了这个定律的一个物理解释。
根据我们对作加速运动的箱子的讨论，我们看到，一个广义的相对论必然会对引力诸定律产生重要的结果。
事实上。
对广义相对性观念的系统研究已经补充了好些定律为引力场所满足。
但是，在继续谈下去以前，我必须提醒读者不要接受这些论述中所隐含的一个错误概念。
对于箱子里的人而言存在着一个引力场，尽管对于最初选定的坐标系而言并没有这样的场。
于是我们可能会轻易地假定，引力场的存
在永远只是一种表观的存在。
我们也可能认为，不论存在着什么样的引力场，我们总是能够这样选取另外一个参考物体，使得对于该参考物体而言没有引力场存在，这绝对不是对于所有的引力场都是真实的，这仅仅是对于那些具有十分特殊的形式的引力场才是真实的。
例如，我们不可能这样选取一个参考物体，使得由该参考物体来判断地球的引力场（就其整体而言）会等于；
现在我们可以认识到，为什么我们在第１８节末尾所叙述的观察者由于煞车而经验到一种朝向前方的冲动，并由此察觉车厢的非匀速运动（阻滞），这一点当然是真实的。
但是谁也没有强迫他把这种冲
动归因于车厢的“实在的”加速度（阻滞），他也可以这样解释他的
经验：“我的参考物体（车厢）一直保持静止。
但是，对于这个参考
物体存在着（在煞车期间）一个方向向前而且对于时间而言是可变的引力场，在这个场的影响下，路基连同地球以这样的万率作非匀速运动，即它们的向后的原有速度是在不断地减小下去。
”。