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●備課資料 2019-2020年高三物理 第二十三章 相對論簡介 四、慣性力、慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量(備課資料) 牛頓力學(xué)是建立在絕對時(shí)空觀基礎(chǔ)之上的理論體系.如果說絕對時(shí)空觀是錯(cuò)誤的，牛頓力學(xué)就不可能成立.但是，牛頓力學(xué)雖然未能成功地解釋水星近日點(diǎn)每百年43.03″的運(yùn)動(dòng)值和高速電子質(zhì)量增加效應(yīng)等幾個(gè)物理現(xiàn)象，總的來講，它在宏觀物理學(xué)的各方面所取得的成就就是極其廣泛和輝煌的.相對論的創(chuàng)始人對牛頓力學(xué)的態(tài)度是前后矛盾和含混其詞的.在某種場合下對牛頓力學(xué)采取全盤否定的態(tài)度，在另一種場合下又承認(rèn)牛頓力學(xué)是相對論的低速近似. 愛因斯坦認(rèn)為：“一個(gè)物理學(xué)家在一個(gè)沒有窗子的房間內(nèi)工作，另外有一個(gè)人開玩笑把整個(gè)房子旋轉(zhuǎn)起來，于是，這位物理學(xué)家將不得不放棄慣性定律.如果這位物理學(xué)家在進(jìn)入房間以前就對物理學(xué)的概念已有堅(jiān)定的信念，那么他就能解釋力學(xué)定律之所以被推翻，是因?yàn)榉孔愚D(zhuǎn)動(dòng)，用力學(xué)實(shí)驗(yàn)甚至可以決定它是怎樣轉(zhuǎn)動(dòng)的.” 愛因斯坦希望通過這個(gè)例子說明牛頓力學(xué)只能在慣性系內(nèi)適用，因?yàn)橐坏┓孔愚D(zhuǎn)動(dòng)起來，變成非慣性系，牛頓力學(xué)的定律就失效了，或者說是被推翻了. 有的學(xué)者認(rèn)為，牛頓力學(xué)只適用于慣性系內(nèi)的說法是不能成立的.因?yàn)椋? （1）牛頓第一定律（慣性定律）規(guī)定：不受外力作用的物體，做等速直線運(yùn)動(dòng).這個(gè)等速直線運(yùn)動(dòng)指的是物體的絕對運(yùn)動(dòng).既然所有不受外力作用的物體都相對于絕對坐標(biāo)系做等速直線運(yùn)動(dòng)，彼此之間的相對運(yùn)動(dòng)當(dāng)然也是等速直線運(yùn)動(dòng).因而相對于慣性坐標(biāo)系做等速直線運(yùn)動(dòng)的物體當(dāng)然也是慣性的，即相對于絕對坐標(biāo)系也是等速直線運(yùn)動(dòng). （2）牛頓第二定律可以用一個(gè)數(shù)學(xué)公式F=ma來表達(dá)，式中a代表絕對加速度，牛頓第二定律在慣性系內(nèi)應(yīng)用時(shí)，也可以選用相當(dāng)于該坐標(biāo)系的加速度，是因?yàn)樵谶@種情況下，相對加速度就等于絕對加速度.牛頓第二定律在非慣性系內(nèi)不能簡單地采用相對于該坐標(biāo)系的加速度，是因?yàn)樽鴺?biāo)系本身具有牽連加速度，相對加速度不等于絕對加速度. 牛頓第二定律在非慣性系內(nèi)不能用簡單的數(shù)學(xué)公式F=ma來表達(dá)，是符合了牛頓力學(xué)而不是推翻了牛頓力學(xué).反之，如果在非慣性系內(nèi)也存在簡單的數(shù)學(xué)關(guān)系，那倒是牛頓力學(xué)被推翻了. 在非慣性系內(nèi)考慮坐標(biāo)自身的牽連加速度和柯氏加速度，是有充分理論依據(jù)的，并不是一種拼湊.慣性力是達(dá)朗培爾原理引入的概念，目的是在于把-ma稱作慣性力.其實(shí)這只是一種模擬性提法，目的是在于把牛頓第二定律所研究的動(dòng)力學(xué)問題改用靜力學(xué)的語言來表達(dá).在物理學(xué)中這種模擬的辦法是常會(huì)碰到的.例如流體力學(xué)中場流可以根據(jù)數(shù)學(xué)方程的相似性用靜電場來模擬，但這絕不等于說流場和靜電場是一回事.慣性力并不是牛頓力學(xué)的必要組成部分.不用慣性力這個(gè)概念，不會(huì)影響到牛頓力學(xué)的完整性.愛因斯坦根據(jù)慣性力是虛擬的這個(gè)理由，把牛頓力學(xué)說成是在非慣性系內(nèi)似乎采用了拼湊的辦法，這個(gè)指責(zé)是不公正的.