就先给大家抛个问题吧:引力真的是真实存在的吗?想象一下,当你坐在一辆加速前进的巴士里,书包其实是被一种看不见的力紧紧抓着的。回想一下小学课文里《两个铁球同时着地》的故事,牛顿早就说过,要是没有力,物体就会一直做匀速直线运动。但当车子启动时,引擎瞬间把车速提到20米每秒,你坐在车里却感觉好像什么也没发生。 为了把牛顿定律套进这个加速的车厢里,物理学家们提出了惯性力这个概念。它就像你的影子一样黏在你身上,方向跟车厢加速度相反,刚好能把你牢牢按在椅子上。这么一来,“有力才有加速度”这条规则,在加速的参考系里就变成了“既有力还有惯性力”。 游乐场的旋转木马转得让人头晕、电梯突然往下掉、公交车急刹车时人向前倾,这些都是惯性力在搞怪。你觉得恶心、失重或者前倾,其实并不是地球突然发了脾气,而是你的身体正在被加速世界里的惯性力拉扯。 接下来把场景换到一间密闭舱里看看。舱壁紧紧吸住你,你感觉双脚离开了地面。这种悬浮状态其实有两种可能:要么是舱壁完全透明,周围是真空且没有外力;要么是舱体正以1g的加速度向地球靠近,引力和惯性力恰好抵消了。不管是哪种情况,你的细胞都感受不到拉力或者压力,就像被放在了一张隐形的天平上。引力和惯性力这对孪生兄弟经常互相切换身份,让人分不清谁是真凶。 再把魔术升级一下:给你一块“地板”。在地球上,地板托住你的体重;在加速的飞船里也是如此。不过这里托住你的不是引力而是惯性力。同样也有两种情况让人能站稳:要么是真实的地面给你反作用力;要么是飞船舱壁通过惯性力和引力共同来托住你。所以说“站立”这个状态也是等效原理玩的把戏。 既然密闭舱、地板、悬浮还有站立这些现象都能被解释为加速世界的把戏,那是不是意味着根本就没有引力呢?其实广义相对论就告诉我们:所谓的引力不过是时空弯曲的表现罢了。接下来的一期我们就会带着这个无引力假设走进弯曲的时空隧道里去看看宇宙是怎么跳舞的。