第5部分

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。但是在下面我們不久就會看到，這個結論是不能成立的。

19．引力場

“如果我拾起一塊石頭，然後放開手，為什麼石塊會落到地上呢？”通常對於這個問題的回答是：“因為石塊受地球吸引。”現代物理學所表述的回答則不大一樣，其理由如下。對電磁現象更仔細地加以研究，使我們得出這樣的看法，即如果沒有某種中介媒質在其間起作用，超距作用這種過程是不可能的。例如，磁鐵吸鐵，如果認為這就是意味著磁鐵透過中間的一無所有的空間直接作用於鐵塊，我們是不能感到滿意的；我們不得不按照法拉第的方法，設想磁鐵總是在其周圍的空間產生某種具有物理實在性的東西，這種東西就是我們所稱的“磁場”，而這個磁場又作用於鐵塊上，使鐵塊力求朝著磁鐵移動；我們不在這裡討論這個枝節性的概念是否合理，這個概念的確是有些任意的。我們只提一下，藉助於這個概念，電磁現象的理論表述要比不借助於這個概念滿意得多，而對於電磁波的傳播尤其如此。我們也可以用相似的方式來看待引力的效應

地球對石塊的作用不是直接的。地球柱其周圍產生一引力場，引力場作用於石塊，引起石塊的下落運動。我們從經驗得知，當我們離地球越來越遠時，地球對物體的作用的強度按照一個十分確定的定律減小，從我們的觀點來看，這意味著：為了正確表述引力作用如何隨著物體與受作用物體的距離的增加而減小，支配空間引力場的性質的定律必須是一個完全確定的定律。大體上可以這樣說：物體（例如地球）在其最鄰近處直接產生一個場；場在離開物體的各點的強度和方向就由支配引力場本身的空間性質的定律確定。

與電場和磁場對比，引力場顯示出一種十分顯著的性質，這種性質對於下面的論述具有很重要的意義。在一個引力場的唯一影響下運動著的物體得到了一個加速度，這個加速度與物體的材料和物理狀態都毫無關係。例如，一塊鉛和一塊木頭在一個引力場中如果都是從靜止狀態或以同樣的初速開始下落的，它們下落的方式就完全相同（在真空中）。這個非常精確的定律可以根據丁述考慮以一種不同的形式來表述。

按照牛頓運動定律，我們有

（力）=（慣性質量）×（加速度）

其中“慣性質量”是被加速的物體的一個特徵恆量。如果引力是加速度的起因，我們就有

（力）=（引力質量）×（引力場強度）

其中“引力質量”同樣是物體的一個特徵恆量。從這兩個關係式得出。

（加速度）=（引力質量）/（慣性質量）×（引力場強度）

如果正如我們從經驗中所發現的那樣，加速度是與物體的本性和狀況無關的，而且在同一個引力場強度下，加速度總是一樣的，那麼引力質量與慣性質量之比對於一切物體而言也必然是一樣的。適當地選取單位，我們就可以使這個比等於一。因而我們就得出下述定律：物體的引力質量等於其慣性質量。

這個重要的定律過去確實已經記載在力學中，但是並沒有得到解釋。我們唯有承認一個事實才能得到滿意的解釋，這個事實就是：物體的同一個性質按照不同的處境或表現為“慣性”，或表現力“重量”（字面意義是“重性”）。在下節我們將說明這個情況真實到如何程度，以及這個問題與廣義相對性公設是如何聯絡起來的。

20．慣性質量和引力質量相等是廣義相對性公設的一個論據

我們設想在一無所有的空間中有一個相當大的部分，這裡距離眾星及其他可以感知的質量非常遙遠，可以說我們已經近似地有了伽利略基本定律所要求的條件，這樣就有可能力這部分空間（世界）選取一個伽利略參考物體，使對之處於靜止狀態的點繼續保持靜止狀態，而對之作相對運動的點永遠繼續作勻速直線運動，我們設想把一個象一向房子似的極寬大的箱子當作參考物體，裡面安置一個配備有儀器的觀察者。對於這個觀察者而言引力當然並不存在，他必須用繩子把自己拴在地板上，否則他只要輕輕碰一下地板就會朝著房子的天花板慢慢地浮起來。

在箱子蓋外面的當中，安裝了一個鉤子，鉤上繫有纜索。現在又設想有一“生物”（是何種生物對我們來說無關重要）開始以恆力拉這根纜索。於是箱於連同觀察者就要開始作勻加速運動“上升”。經過一段時間，它們的速度將會達到前所未聞的高值——倘若我們從另一個未用繩牽的參考物體來繼續；觀察這一切的話。

但是箱子裡的人會如何看待這個過程呢？箱子的