爱因斯坦升降机实验

建立在引力质量与惯性质量相等实验事实(见厄缶实验)之上的基本原理。广义相对论的基础之一。引力质量与惯性质量严格相等的直接推论是任何物体的引力加速度是相等的，它表明引力场区别于如电场、磁场等其他类型的力场，引力场与惯性力场等效。A.爱因斯坦用升降机的假想实验来说明。在这个密闭的升降机内的观察者所做的物理实验都无法断定他所在的参考系究竟是有重力作用的惯性系，还是并无重力而只是相对于某个惯性系以加速度 g上升的非惯性系，在这两种情形，他测得物体释放后自由下落的加速度都是 g，这表明物体在重力场中的运动等效于物体在非惯性系中的运动，或者说引力场与惯性力场等效。由于引力与重力不同，空间各点的引力作用不等，引力场与惯性力场只是在局部的小区域内等效。爱因斯坦在等效原理和广义相对性原理的基础上建立了

A) 起初，升降机停在地面上。这时物理学家观察到升降机中的一切物体都受到一个向下的加速度g(即都具有重量)，这是地球的引力场的特点。

B) 然后，将此升降机移到远离地球的无引力场的太空中去。先假定升降机是静止的。或在作匀速运动，因而升降机中是一个无引力场的惯性系。升降机中的物理学家将感到自己处于失重状态中。向在宇宙飞船中一样。

C) 以后，假想有一个顽皮的妖精，它将升降机的缆绳以加速度g往上拉。这时升降机中的一切物体相对于升降机都有一个向下的加速度g。这位物理学家P不相信有妖精的，所以他认为升降机中存在一个向下的引力场，强度为g，这和地面上的情况完全相同。于是他认为升降机已经移到地面上了。但是当他拉开窗帘一看，发现还在太空之中不会有真实的引力场。

D) 后来，淘气的妖精有趁着物理学家睡觉时将升降机偷偷地弄到地面上来了。但是不让升降机着地，而是提着缆绳让升降机在半空中静止地悬着。物理学家P醒来，觉得一切物体跟他睡觉前一样受到一个向下加速度g，一切都没有变。所以他认为升降机一定还是在太空中向上做加速运动。但当他再次拉开窗帘看时，发现自己又判断错了，升降机是静止地悬挂在地球上方。这两次判断错误使物理学家认识到一个重要的事实:升降机停在地球引力场中和升降机在无重力场的太空中以加速度g运动，这两种情况在升降机中是无法区分的。即(局域的)真实引力场和(局域的)非惯性系是无法区分的。

E) 又过了一会儿，妖精把缆绳一放，升降机在地球引力场中自由下落。这时升降机和其中的一切物体都以加速度g下落，相互之间是静止的。物理学家感到升降机中是一个惯性系。这和情况B)，升降机在太空中，是没有差别的。

物理学家得到了一条重要的物理原理:在引力场中的自由降落的升降机中是一个不存在引力场的局域的惯性系。或者说:在任何引力场中的任何一个局域中，可以借助于一个自由降落坐标系将引力场消除，而造成一个局域的惯性系。因此，和狭义相对论相容的一切物理定律在其中皆成立。

这就是爱因斯坦的等效原理，常称为"强等效原理"。所有局部的，自由下落的，无旋转的物理实验都是完全等效的。