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走向新理论的第二步:马赫原理

奥地利学者马赫只是一个三流的物理学家,他对物理学的具体贡献不大,主要是在流体力学中提出了“马赫数”。但是他敢于向“祖师爷”挑战,敢于批判牛顿,说牛顿的时空观不对。马赫的观点对青年爱因斯坦产生了深远的影响。

马赫认为根本就不存在什么绝对空间,一切运动都是相对的。他认为牛顿对惯性力起源的解释是错误的。马赫认为惯性力起源于物体间的相对加速,起源于作相对加速的物体之间的相互作用。

我们通常所说的受到惯性力的加速物体,是由于它相对于宇宙中的所有物质加速,这相当于该物体不动,整个宇宙的物质相对于它作反向加速。全宇宙的物质通过这种加速共同对该物体施加了“作用”,这种“作用”就是惯性力。

水桶实验中受到惯性离心力的水,是由于它相对于整个宇宙中的物质转动,这相当于水不动,全宇宙的物质相对于水反向转动,在这种相对转动中,全宇宙的物质都对水施加了“作用”,这一作用的表现就是惯性离心力。如果水只相对于桶转动,而相对于宇宙中的其他物质不转,虽然桶对水也施加了影响,但桶的质量与整个宇宙的质量相比微乎其微,转动的桶对水的“作用”也就微乎其微,所以这时水不会受到惯性离心力。

马赫这种认为惯性效应起源于物体之间的相对加速,从而起源于物质间的相互作用的思想,被爱因斯坦称为马赫原理。马赫原理并没有严格的物理陈述,更没有数学表达式,它只是一种定性的物理思想。

正是马赫的这一思想,给了爱因斯坦重要的启示,引导爱因斯坦提出等效原理,并进而建立起广义相对论的大厦。在广义相对论取得巨大成功之后,爱因斯坦高度评价马赫的这一思想,认为自己的广义相对论具体体现了马赫原理预期的效应。

不过,后来的深入研究表明,广义相对论与马赫原理并不一致。有趣的是,当时马赫还活着。马赫看到了狭义相对论,但据说没有看到广义相对论。马赫断然否认自己的思想与相对论一致,明确反对爱因斯坦的相对论。这一点令爱因斯坦十分遗憾。

然而,有一点可以肯定,马赫认为“不存在以太和绝对空间,一切运动都是相对的”,这一思想引导爱因斯坦走上了创立狭义相对论的正确道路;马赫认为“惯性效应起源于物质间相对加速产生的相互作用”的思想,又导致爱因斯坦猜测惯性力可能与万有引力有相同或相似的根源,都起源于物质间的相互作用,从而引导爱因斯坦走上了创立广义相对论的正确道路,所以,马赫原理在历史上的贡献是应该肯定的。 e7WoSufSQ9gp9T6ckfcecQxla9CbPWeRM/tlo7CtfgZwz8CzO1TekgYekwf8bvQm

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