這位院士應(yīng)該不是這個(gè)意思,他的意思應(yīng)該是,加速運(yùn)動(dòng)效應(yīng)等效于局部引力場(chǎng)。按照等效原理,加速運(yùn)動(dòng)的參考系等效于引力場(chǎng)的慣性系。從這一點(diǎn)去理解此院士的觀點(diǎn),是沒問題的。注意,這位院士的觀點(diǎn)如果本就是“引力是加速運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的”,那是不對(duì)的。雖然非慣性運(yùn)動(dòng)是十分普遍的,但是如果說加速運(yùn)動(dòng)才能產(chǎn)生引力,那相對(duì)靜止的物體之間的引力如何解釋?這明顯是與實(shí)驗(yàn)不相符合的。
在廣義相對(duì)論建立以來的一百多年間,許多人是從等效原理出發(fā)理解廣義相對(duì)論的,我們姑且把這一種觀點(diǎn)的學(xué)者稱為廣義相對(duì)論的“等效原理派”。但是,廣義相對(duì)論還存在另一派——我們姑且稱之為“幾何引力派”,則從整體引力場(chǎng)出發(fā),認(rèn)為時(shí)空彎曲才是導(dǎo)致引力的真正原因。這也是沒問題的。MTW曾有一本書大黑書,里面把等效原理放置在了極為重要的地位;而美國(guó)科學(xué)院院士Wald的廣義相對(duì)論一書,則完全不理等效原理。不僅如此,霍金的大尺度一書中,我印象中也是沒怎么提等效原理。那現(xiàn)在問題來了,這兩派誰對(duì)誰錯(cuò)?
這里需要先說一下,等效原理到底是什么。等效原理分為三種,
1)、弱等效原理,力學(xué)手段不能區(qū)分無引力的非慣性系和引力場(chǎng)里的局部慣性系。
2)、愛因斯坦等效原理,力學(xué)或者電磁學(xué)等手段(不涉及引力的一切物理實(shí)驗(yàn))不能區(qū)分無引力的非慣性系和引力場(chǎng)里的局部慣性系。
3)、強(qiáng)等效原理,即使考慮引力效應(yīng)(一般指的是自引力,比如塌縮的天體),也不能區(qū)分無引力的非慣性系和引力場(chǎng)里的局部慣性系。
這三個(gè)等效原理其實(shí)是對(duì)引力論的三種不同級(jí)別的限制。弱等效原理必須成立(至少經(jīng)典引力論),保證愛因斯坦等效原理或強(qiáng)等效原理成立的引力論必須要是幾何理論(存在度規(guī)),強(qiáng)等效原理只有廣義相對(duì)論能保證成立。目前,只有兩種理論可以保證至少愛因斯坦等效原理成立,一個(gè)是廣義相對(duì)論,一個(gè)是布蘭斯-迪克理論。后者只保證愛因斯坦等效原理成立。
等效原理存在一些問題,可以舉2個(gè)例子,第一個(gè)是電磁輻射到底發(fā)不發(fā)生。按照愛因斯坦等效原理,非慣性系和引力場(chǎng)下的慣性系等效,那么非慣性系運(yùn)動(dòng)的電荷輻射電磁波這是必然的,而慣性運(yùn)動(dòng)的電荷不會(huì)。這不就區(qū)分了兩個(gè)參考系嗎?第二個(gè)是,量子效應(yīng)還保證不保證等效原理成立。有人在理論上和實(shí)驗(yàn)上都對(duì)牛頓引力的量子力學(xué)效應(yīng)進(jìn)行了一些討論,考慮弱引力場(chǎng)下的中子,就會(huì)發(fā)現(xiàn),連弱等效原理都不能成立。具體可以參考張永德的《量子力學(xué)》。但是放棄等效原理,并不會(huì)否定現(xiàn)有的引力論。這是很神奇的地方。只是放棄等效原理,就不能說加速運(yùn)動(dòng)和引力有什么關(guān)系了。
【我本人是屬于廣義相對(duì)論的幾何動(dòng)力學(xué)派,因?yàn)槲艺J(rèn)為上面兩個(gè)問題已經(jīng)否定了等效原理。只有從彎曲時(shí)空的角度去理解廣義相對(duì)論才是正確的?!?/span>
下面說說廣義相對(duì)論的幾何動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)。這個(gè)觀點(diǎn)發(fā)展為現(xiàn)在的量子幾何動(dòng)力學(xué)。這個(gè)學(xué)派下,引力是完全是由時(shí)空彎曲決定的,時(shí)空的彎曲又是由物質(zhì)的分布決定的。運(yùn)動(dòng)與否全在物質(zhì)的分布中體現(xiàn)了。這個(gè)觀點(diǎn)為什么重要,有兩點(diǎn)證據(jù)。第一,引力場(chǎng)的拉氏量告訴我們,時(shí)空度規(guī)是動(dòng)力學(xué)量,所以必須要從幾何動(dòng)力學(xué)角度去理解廣義相對(duì)論;第二,等效原理其實(shí)只是引力的低級(jí)近似結(jié)果,如果考慮整體引力場(chǎng),都不需要前面的兩個(gè)例子,等效原理就自動(dòng)消失(這時(shí)候不存在等效)。
所以我的結(jié)束語是辛格的那句話:“在愛因斯坦理論中,要么存在一個(gè)引力場(chǎng),要么不存在,取決于黎曼張量是否為零。這是一個(gè)絕對(duì)的性質(zhì),與任何觀者的世界線都毫無關(guān)系。時(shí)空要么平直,要么彎曲,……等效原理在廣義相對(duì)論的誕生過程中實(shí)質(zhì)上起著接生婆的作用,……我建議我們以適當(dāng)?shù)臉s譽(yù)埋葬掉這位接生婆而正視絕對(duì)時(shí)空這一事實(shí)。”
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