等效原理

赵峥

爱因斯坦在回顾了引力质量与惯性质量的研究后，觉得引力与惯性力的背后可能存在某种内在联系。但是，惯性力与引力有一个本质不同，引力起源于物质问的相互作用，但惯性力似乎并不起源于物质问的相互作用，而且惯性力与所有力都不一样，似乎没有反作用力。

这时爱因斯坦回忆起他在奥林匹亚科学院的活动中，曾和朋友们一起读过奥地利物理学家马赫的一本书《力学史评》。这本书曾使他大感兴趣，并反复琢磨。

马赫只是一个三流的物理学家，能留下来的科研成果仅仅是流体力学中的马赫数。从物理的角度看，他没有什么大成就。但有一点他很了不起，他敢于批判牛顿，说“祖师爷”不对。马赫持相对主义的哲学观点，认为一切运动都是相对的，不存在绝对运动，牛顿设想的绝对空间和绝对时间都不存在。

当年，牛顿为了论证绝对空间的存在，曾设计了一个思想实验——水桶实验。牛顿设想有一桶水。首先让桶和水都静止，如图1中的a图，这时水没有受到惯性离心力，水面是平的。然后让桶以角速度w转动，由于水与桶壁的摩擦力很小，刚开始时桶转水不转，这时水面仍是平的，表明水没有受到惯性离心力（图1b）。此后水慢慢被桶带动起来，逐渐也以角速度w转动，这时水受到了惯性离心力，水面变成了凹形（图1c）。然后让桶突然停止，由于桶壁摩擦力小，水不会马上停下来，仍以角速度w转动，这时水面仍是凹的，这表明水仍受到惯性离心力（图1d）。……