比萨斜塔的实验说明，不论任何物体，在地球的引力作用下产

生的加速度都是相同的。那么由上式看来，这就意味着各种

物体的

m惯

/m引值都应当是相同的。或者说

引力质量

惯­性­质量

是一个普适常数。它与具体的物­性­并无关系。

在物理学中，一个普适常数的发现往往要引出整套的理

论。普适的光速

c引出了狭义相对论，普朗克常数

h引出了

量子论。普适常数

m惯

/m引则是解决引力问题的关键。

爱因斯坦曾这样写道：“……在引力场中一切物体都具

有同一加速度。这条定律也可以表述为惯­性­质量同引力质量

相等的定律。它当时就使我认识到它的全部重要­性­。我为它

的存在感到极为惊奇，并猜想其中必定有一把可以更加深入

地了解惯­性­和引力的钥匙。”(1)

引力的本­性­就是“没有”引力

爱因斯坦是如何利用“m惯

/m引是普适常数”这把钥匙的

(1)《爱因斯坦文集》，第一卷，第

320页。

·71·

呢？

呢？

当电梯相对于地球静止的时候，实验家将看到，电梯里

的东西都会受到一种力。如果没有其它的力与这种力相平衡，

这种力就会使物体落向电梯的地板。而且，所有物体在落向

地板时，加速度都是一样的。根据这些现象，实验家立即可以

作出结论：他这个电梯受到了外界的引力作用。

好！现在让电梯本身也做自由下落的运动。这时，实验

家将发现，他的电梯里的一切东西都不再受原来那种力的作

用，所有物体都没有原来的那种加速度了。即达到了我们通

常所说的“失重”状态。这时电梯里的物体不再表现出任何受

引力作用的迹象。无论苹果或羽毛，都可以自由地停留在空

间，而不“下落”。实验家既可以在电梯的底部行走，也可以

在顶部行走，两种行走所用的力气完全一样，并不需要任何杂

技演员那样的技巧。也就是说，实验家观测任何物体的任何

力学现象，都不能看到任何引力的迹象。

接着，爱因斯坦作了更进一步的引伸，他认为，在上述电

梯里的实验家不仅通过任何力学现象看不到引力的迹象，而

且通过其它任何物理实验也都看不到引力的迹象。即是说，

在这种电梯的参考系中，引力全部消除了。电梯实验家不能

通过自己电梯中的物理现象来判断它的电梯之外是不是有一

·72·

图

7-3 爱因斯坦理想电梯实验

个地球这样的引力作用源，他也测量不出自己的电梯是否有

加速运动，就象在萨尔维阿蒂大船里的观察者测不到大船是

否在运动一样。

简言之，我们可以在任何一个局部范围（关于局部一词的

含义，下面还要再讨论）找到一个参考系（即爱因斯坦的电

梯），在其中引力的作用全被消除了。这就是引力的最重要特

­性­。在物理学中其它的力都没有这种属­性­。例如宏观的电磁

力或原子核、粒子范围的强作用和弱作用，都不可能通过选择

适当的参考系而完全加以消除。

引力的本­性­就在于引力能在某种参考系（爱因斯坦电梯）

中局部地消除。这就是爱因斯坦根据比萨斜塔实验抽象出来

的一个引力的基本­性­质。通常叫做等效原理。

·73·

局部惯­性­系

局部惯­性­系

讲到这里，你可能产生疑惑。因为通常我们就是以匀速

运动的萨尔维阿蒂大船作为惯­性­参考系的。而爱因斯坦的电

梯相对于地球，也就是相对于萨尔维阿蒂大船来说，并不是匀

速运动的，而是有加速度（自由落体加速度）的。这两者是否

有矛盾呢？

是有矛盾！在广义相对论发展之前，萨尔维阿蒂大船一

直被认为是惯­性­参考系。然而，严格说，这是不对的。因为，

在萨尔维阿蒂大船中的实验家看到船中的水滴要向下作加速

运动，可是他又看不到有谁对水滴施加了作用（注意，大船是

完全封闭的，实验家不知道外界到底有没有东西）。这就是说

水滴并不满足动者恒动这条定律，因而它不是真正的惯­性­参

考系（顶多只能说是近似于惯­性­参考系）。反之，在爱因斯坦

电梯里，倒是可以实现动者恒动。

现在来谈“局部”一词的含义。我们说引力对一切物体产

生的加速度相同，这句话是对处在同一点上的物体来说的，在

不同点上的引力加速度一般是不相同的。例如图

7-4，在地

·74·

球上不同地点的引力加速度是不相同的。因此，一个作自由

落体运动的电梯，只能将一个点附近小范围内的引力作用（例

如引力加速度）全部消除，而不可能在一个大范围中把引力的

作用全部消除掉。例如，在图

7-4中

A点的电梯只能消除

点上的引力作用，而对

B点就不适用。