科学是永无止境的|引力质量和惯性质量是什么？它们为何相等？( 二 )

在思考引力本质的时候，爱因斯坦突然灵光乍现，后来他把这个发现称为“最快乐的想法” 。
假设一个工人在屋顶上失足掉了下来。当他自由落体时，他手中的一切东西（比如工具箱）都会跟着他一起下落。因此，在他来看，重力似乎不存在了。
一个自由下落的电梯可以作为一个微型实验室。在其内部进行任何物理实验，都不会受到外力的影响。因为电梯里面的一切都将以同样的速度下降（假设没有空气阻力），所以电梯看起来就像是静止在一个空旷的空间里。

一个人在游乐园跳水，做自由落体运动。当他跳水的同时放开一个小球。他和球的加速度是匹配的，因此互相看起来都是静止的，所以它们实际上是共享了一个静止的参考系。
爱因斯坦认识到，他可以利用自由下落的电梯在局部重新定义惯性。每个电梯内部都将构成一个静止的惯性框架。在空间中选取任意一点，惯性状态将根据该位置的自由落体框架进行测量，而不是与假象的绝对空间进行比较。这样，爱因斯坦觉得他离实现马赫关于惯性更具体定义的梦想又近了一步。这个原来被称为“等效原理” 。
在自由下落的框架中，所有物体都以相同的速度加速，这一事实可以归结为宇宙的巧合：引力质量和惯性质量总是具有相同的值。事实证明，它们并不是不同的东西，而是质量所扮演的不同角色。它们之间的恒等式产生了一种数学上的抵消，确保了加速度与物体质量无关。

例如：一颗撞向地球的小行星，它的引力质量决定了它感受到地球引力的强度。它的惯性质量决定了它在被导弹击中后会在多大程度上改变运动状态。
在我们的宇宙中，迄今为止的所有实验都表明惯性质量和引力质量是相同的。这些实验中最著名的是由匈牙利物理学家罗兰·艾特沃斯在19世纪90年代到20世纪20年代期间使用一种叫做扭转天平的设备进行的测量。典型的扭转平衡实验是将两种不同质量的材料悬置在平衡木上，测量由于质量不平衡而产生的扭转量。扭转角度对惯性质量和引力质量值都非常敏感，实验证明没有一点点偏差。

【科学是永无止境的|引力质量和惯性质量是什么？它们为何相等？】2016年启动的等效性原理的卫星试验，法国科学家发射了一颗卫星——“显微镜”（Microscope），通过测量两种不同组成和数量的质量加速度，更直接地检验等效原理。它将以大于10^-15的精度记录引力和惯性质量之间的任何差异。研究人员表示，任何违反爱因斯坦等效原理的情况均将开启新的物理学领域。
爱因斯坦将等效原理作为广义相对论的核心概念，并于1915年底完成。广义相对论依靠微分几何，将每个自由下落的小块的坐标系统缝合成一个连续的时空结构。这种方法的美妙之处在于，传统的牛顿力学，经过狭义相对论的修正，可以应用于每一个局部的小块空间，提供了一种逐点定义运动定律的方法。
来源：聊娱乐小事