实验27 加速运动的电梯
加速度与无重力状态
设问
假设在无重力的宇宙空间中，有一部电梯正在向上做加速运动。
此时，天花板上悬挂的重物与你手中拿着的苹果，会分别做什么运动呢？
■ 与平时乘坐电梯时的状态不一样吗？
这是一个物理学问题，也可以当作一个思想实验。请大家想象一下，你正身处这个飘浮在宇宙里的电梯中。
在这种情况下，先假设电梯上升的速度与地球上的重力加速度相同，都是9.8m/s2。
那么，你应该会感觉自己被向下压，站在电梯轿厢的地板上吧。
为什么呢？因为电梯在开始运动之前，你已经站在电梯里了。这样一来，在电梯上升的过程中，身体会由于惯性仍停留在原处，而地板则在向身体的一方移动。
当电梯在上升时，你放开手中原本拿着的苹果，会出现什么结果呢？
同样的，苹果会以和重力加速度相同的9.8m/s2掉落到地板上。不，只是看起来如此。实际上就像之前所说的那样，是地板在向苹果的方向移动。而电梯中所悬挂的重物，看起来也像是因其重量将弹簧拉伸开来。总之，一切都和在地球上感受到的重力没有什么区别。
假设我们从电梯的外部观察，可以看到，苹果实际上是静止不动的，拉升弹簧的也并不是重物，而是电梯轿厢的天花板。
因为这是一个无重力的空间，所以，虽然电梯实际上是在无重力的空间中做加速运动，而你身处其中时，跟平时乘坐电梯时的感觉是一样的。
电梯中所有物体的运动，包括你自己、苹果、重物等，都表现得和在地球上做重力加速度运动时一样。
这样的话，我们就可以明白：当加速运动产生惯性时，这个力与物体所受的重力是难以被区别开的。
这就是爱因斯坦(1)所提出的“等效原理(2)”法则。加速上升中的电梯，其内部的状态与被地球重力所吸引的状态，二者是等效的。
我们也可以很简单地体验一下这个思想实验。
我并不是说要让大家飞到宇宙中去，而是基于“等效原理”——在宇宙中的“上升”运动与受到地球重力的吸引是相同的效果——想象自己身处在宇宙中。总之，只需要乘坐电梯就能让我们体验一回宇宙旅行的感觉，这就是思想实验的魅力！
让头脑聪明的要点
换个视角看重力，我们可以更好地理解宇宙的原理。
- 爱因斯坦（1879—1955），物理学家，生于德国。在物理学多个领域均有重大贡献，1921年获得诺贝尔物理学奖。
- 等效原理：加速运动所产生的惯性力与重力，二者是无法被区别开的。
