本文参加百家号 #科学了不起# 系列征文赛 。
在飞行中 ， 从较高的巡航速度减速到较低的进近速度 ， 随着速度下降率的持续增加 ， 我们会产生一种减速感 ， 这是减速感中的一种 。 一旦减速率稳定下来、恒定不变 ， 这种感觉就变成一种以稳定的速度“悬”在那里的感觉——即使仍然在减速 ， 也不再有速度降低感觉（甚至不再有速度存在的感觉） 。 更具欺骗性的是 ， 如果细微操作使减速率持续降低 ， 即使飞机仍在减速（但减速率在下降） ， 这种感觉也会变成加速 。
（图片来源：Wilcopub）
上述感觉完全符合爱因斯坦的广义相对论 。 事实上 ， 你已亲身体验了所谓的“等效原理”！等效原理指出 ， 观测者无法区分出一个局部区域（frame）所处的恒定加速（或减速）状态还是因为受外力作用还是因为处在自由落体状态 。 绕地球旋转的飞机就是物理学家所说的局部区域 ， 它是一个盒子 ， 或者说是一个有利观察点 。 “自由落体”的局部区域是指没有外力作用 。 因此 ， 如果你从飞机上跳下来 ， 你处于“自由落体”状态 ， 而宇航员进入太空时是失重的 ， 尽管这两个局部区域都受到重力的作用；这是因为在跳伞者或宇航员的尺度上 ， 重力产生了大致恒定的加速度 ， 从而造成了失重的错觉 。 根据等效原理 ， 当加速度恒定时 ， 你的飞机相当于一个自由落体的局部区域——这就是为什么你这时感觉不到自己在移动 。
一旦加速度不再恒定 ， 你就不再处于自由下落的状态 ， 取而代之的是一种加速或减速的感觉 。 你的感觉并不取决于你相对于地球的加速度 ， 而取决于你相对于飞机的加速度 。 所以 ， 如果你的减速率在下降 ， 你会有一种加速感而不是减速感 ， 仪表盘上的示数是相对于地球的 ， 而不是飞机之前的加速度 。
（图片来源：Forbes）
【加速度|宇宙的加速度能和飞机上的表观加速度相似吗？】这种对加速感或减速感的误解是否可能类似于对膨胀宇宙的测量的曲解？举个例子 ， 当宇宙的密度随着膨胀而降低 ， 稀释了重力的影响时 ， 膨胀的速度继续被重力减慢 ， 但减速率却在不断降低 ， 从而产生相对膨胀的错觉 。 换言之 ， 最近所有关于宇宙膨胀速度加速的讨论 ， 是否有可能是膨胀减速率不断下降所造成的错觉？
（图片来源：NASA）
不幸的是 ， 膨胀的宇宙不能用如此简单的理论来理解 。 等效原理只适用于外力作用产生恒定加速度的局部区域 。 这个要求实际上限制了力场中自由下落局部区域的尺寸 。 宇宙的不同部分受力并不相同 ， 因此通常也不会处于同一个自由下落的局部区域中 。 同样 ， 等效原理适用于因外力而产生加速度的局部区域 ， 即来自该区域外部的力 。 但是 ， 当人们谈论宇宙时 ， 并不存在“外部”；因此 ， 宇宙膨胀必须由宇宙本身及其内部的结构来决定 。
相关知识
宇宙加速膨胀是宇宙的膨胀速度越来越快的现象 。 以天文学术语来说 ， 就是宇宙标度因子 a(t) 的二次导数是正值 ， 这意味着星系远离地球的速度 ， 随着时间演进 ， 应该会持续地增快 。 这速度是哈勃定律里所提到的退行速度 。 于1998年观测Ia超新星得到的数据 ， 提示宇宙的膨胀速度正在加快 。
加速度是物理学中的一个物理量 ， 是一个矢量 ， 主要应用于经典物理当中 ， 一般用字母{\displaystyle \mathbf {a} }表示 ， 在国际单位制中的单位为米每二次方秒（{\displaystyle \mathrm {m/s^{2}} }） 。
加速度是速度矢量对于时间的变化率 ， 描述速度的方向和大小变化的快慢 。 在经典力学中 ， 牛顿第二定律说明了力和加速度成正比 ， 这定律又称为“加速度定律” 。 假设施加于物体的合外力为零 ， 则加速度为零 ， 速度为常数 ， 由于动量是质量与速度的乘积 ， 所以动量守恒 。 在电动力学里 ， 呈加速度运动的带电粒子会发射电磁辐射 。
作者：Kristine Spekkens
FY：胖头鱼
如有相关内容侵权 ， 请于三十日以内联系作者删除
转载还请取得授权 ， 并注意保持完整性和注明出处
推荐阅读
- 星链|石豪：在太空，马斯克和美国当局是如何作恶的
- 快报|“他，是能成就导师的学生”
- 区块|面向2030：影响数据存储产业的十大应用（下）：新兴应用
- 年轻人|人生缺少的不是运气，而是少了这些高质量订阅号
- 生活|气笑了，这APP的年度报告是在嘲讽我吧
- bug|这款小工具让你的Win10用上“Win11亚克力半透明菜单”
- 苏宁|小门店里的暖心事,三位创业者的雪域坚守
- 历史|科普：詹姆斯·韦布空间望远镜——探索宇宙历史的“深空巨镜”
- 空间|（科技）科普：詹姆斯·韦布空间望远镜——探索宇宙历史的“深空巨镜”
- 生活|数字文旅的精彩生活