超弦理论第十二讲：等效原理，观测者便是宇宙的中心

上文我讲述了牛顿万有引力理论的创立以及它与狭义相对论之间的矛盾。如果我们认可万有引力是正确的话，那么就不得不考虑引力是如何超光速传递信息的问题。

这是牛顿的引力理论所存在的严重缺陷，它能够十分准确的预言物体是如何在引力的支配下做着规律性的运动，他为我们建立了一个描述宇宙规律的美妙方程式。但在这里边，我们却不知道引力是如何发生的，也不知道引力究竟是什么。

地球的形成，太阳系行星的公转，我们发射卫星的过程，一个苹果的下落，我们都可以通过万有引力理论进行精确预测。但因此便产生了一个问题，因为不管距离有多远，引力似乎都能够对其产生影响，至于引力是如何产生的作用，这仿佛就成了一个未解之谜。

按照牛顿的解释来说，他认为引力是物质存在所固有的一个本性，他能够不依靠其他的任何中介从而无接触的对其他事物产生影响。上帝创造万物的时候，就给予了他能够虚空超距的作用于另外一个物体的能力。

对于好奇心没那么重的人看来，牛顿的这番解释或许能够让人信服。我们不必管那么多，用就行了，管他引力是如何作用的呢？但对于宇宙终极规律有着深刻执念的人来说，这种说法就显得那么苍白无力了。而这里边的人，就包括了爱因斯坦。

建立在1907年爱因斯坦曾某一天突然灵光迸现的灵感上，通过他多年不懈努力，他终究还是完成了牛顿当初未完成的事儿，彻底的将引力和狭义相对论的矛盾解释清楚了。

狭义相对论中有一个重要结论：对于匀速或者静止的观测者来说，所得到的物理学结论都是相同的。但这里边没有说清楚加速运动下，我们的世界该是怎么样子的。加速运动下，物理学规律还同样相同吗？

对此，爱因斯坦进行了深入的思考。

假如有一个观测者坐在一辆加速的列车上，而火车前进的方向，我们会感觉有一股力量作用于我们的背部，仿佛他便在推着我们前进。但对于这股力量究竟从何而来，我们是不能够知晓的。是火车在推动我们前行吗？假如说在前方有一个具有巨大质量的物体，通过它的引力一样的可以拽着我们前行。那这种加速度，究竟是火车对我们所给予的，还是前方那个巨大的物体呢？身处火车车厢的我们，是不能够区别的。

所以，通过这个思想实验爱因斯坦便发现，如果我们身处加速的火车上，我们是不能够区别火车是在加速还是没有加速而通过引力的作用来迫使我们前行的。因此，爱因斯坦便将这种加速运动与引力的不可分辨性，总结为等效原理。而这个重要的结论，就成为了解开牛顿引力理论和狭义相对论矛盾的关键所在。

狭义相对论通过相对性原理，确立了处在匀速运动的不同观测者所观测到的物理学定律都是一样的。但这是有限的情况下，并不包括加速运动或者受力的情况。

而又通过等效原理，爱因斯坦又确立了在加速的无引力场和无加速度的有引力场之间不存在差别的相对论框架。并且，在此基础之上，我们也可以合理地推论，对于所有观测者而言，无论我们的运动状态如何，我们都可以认为我们是在静止，而宇宙的其他事物在引力场的作用下对我们做相对运动。

引力与加速运动这种深层次的联系是令人惊喜的，他把所谓的观测者引到了宇宙的中心。并在这两者的基本联系下，爱因斯坦进一步思考了神秘的引力以及它的作用机制究竟是什么的问题。终于，在他的多年努力一下，爱因斯坦重新发现了引力与加速运动的第二种联系：这便是所谓的时空弯曲现象。

下一文我们将深入讲解有关加速度与时空弯曲的问题

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