乐文传说

第6部分（第1页）

并且撞上它。从这个瞬时起，这个苹果就会永远同底部保持接触

状态，并且靠稳定的加速度而压在底部上。

但是，在飞船内部的实验者看来，这种情况却好像是那个苹

果在以固定的加速度“下落”，并且在击中底板以后，继续靠它

自身的重力压在底板上。如果他再让别的物体掉下，他就会进一

步发现，所有这些物体全都以完全相同的加速度落下（如果忽略

掉空气的摩擦力的话），于是他就会想起，这恰好就是伽利略所

发现的自由落体定理。事实上，他根本不能够发现在加速船舱中

的现象与一般重力现象之间有一点点最细微的差别。他完全可以

使用带钟摆的时钟，可以把书放在书架上而不必担心它们飞掉，

还可以把爱因斯坦的照片挂在钉子上。大家知道，正是爱因斯坦

最先指出，参考系的加速度是与重力场等效的，他还在这个基础

上提出了所谓广义相对论。

但是，正像转动舞台那个例子一样，在这里，我们也会发现

一些伽利略和牛顿在研究重力时所不知道的现象。这时，穿过船

舱的光线将发生弯曲，并且随着飞船加速度的不同，而投射在对

面墙上屏幕的不同地方。当然，在船舱外的观察者看来，这可以

解释成光的匀速直线运动同飞船船舱的加速运动相叠加的结果。

在船舱内的几何图形也必定是不正常的，由三条光线构成的三角

形，它的三个角的总和并不等于两个直角，而一个圆的圆周与其

直径之比则将大于通常的π值。在这里，我们所考虑的是加速系

统的两个最简单的例子，但是，上面所说的等效性，对于任何一

个指定的刚性的（或不可变形的）参考系的运动也同样成立。

现在我们就要接触到最重要的问题了。我们刚才已经看到，

在一个加速的参考系中，可以观察到许多在一般万有引力场中未

曾观察到的现象。那么，像光线弯曲或钟表走慢这样的新现象，

在由可测质量所产生的引力场中，是不是同样存在呢？

要量度光线在引力场中的曲率，利用前面提到的宇宙飞船那

个例子比较方便。如果ｌ是船舱的跨距，那么，光线走过这段距

离所需的时间就是

（５）

在这段时间内，以加速度g运动的飞船所飞过的距离为L，从

初等力学的公式，我们知道

（６）

因此，表示光线方向改变的角度具有如下的数量级

（７）

光在引力场中走过的距离越大，Φ的值也越大。当然，现在

应该把宇宙飞船的加速度解释成重力加速度。如果我现在让一束

光线穿过这个演讲厅，我可以粗略地取　L＝10米。地面上的重力

加速度g=9。81米／秒2，c=3×1O8米／秒，所以

（８）

这样，你们可以看出，在这种条件下，光线的曲率是肯定无

法观察到的。但是，在太阳表面附近，g＝270米／秒2，并且光

线在太阳的引力场中走过的路程是非常长的。有一些精确的计算

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