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表觀 宇宙的加速度能用飛機(jī)的表觀加速度類比嗎？

網(wǎng)友問(wèn)：“在飛行過(guò)程中，當(dāng)飛機(jī)從快速巡航速度減速到進(jìn)場(chǎng)速度時(shí)，我注意到隨著減速度的不斷提高，飛機(jī)有一種在減速的感覺(jué)。但是，一旦減速度穩(wěn)定、恒定、不變后，我感覺(jué)飛機(jī)保持在了一個(gè)大概穩(wěn)定的速度——即使飛機(jī)仍然在減速，我也感覺(jué)不到到減速（甚至感覺(jué)不到速度）。更具誤導(dǎo)性的是，如果輕微操作飛機(jī)使減速度不斷降低，我會(huì)感覺(jué)到加速度，即使飛機(jī)仍在減速（但減速度在降低）。”
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答：你的描述完全符合愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論；事實(shí)上你已經(jīng)親身經(jīng)歷了所謂的“等效原理”！等效原理指出，你不可能區(qū)分一個(gè)借助外力而處于恒定加速度（或減速度）的坐標(biāo)系與一個(gè)自由落體的坐標(biāo)系。你坐的繞地球飛行的飛機(jī)就是物理學(xué)家所說(shuō)的“坐標(biāo)系”；它是一個(gè)盒子，或者說(shuō)是進(jìn)行觀測(cè)的有利位置。
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“自由落體”坐標(biāo)系的表現(xiàn)就像是沒(méi)有外力作用在其上一樣。因此，如果你從飛機(jī)上跳下來(lái)，你就會(huì)處于“自由落體”狀態(tài)，而宇航員在太空里時(shí)是沒(méi)有重量的，即使兩個(gè)坐標(biāo)系都受到了重力作用；這是因?yàn)橹亓υ谔鴤阏呋蛴詈絾T的身上導(dǎo)致了一個(gè)大致恒定的加速度，從而讓他們產(chǎn)生了失重的假象。
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根據(jù)等效原理，當(dāng)加速度不變時(shí)，飛機(jī)會(huì)模擬一個(gè)自由落體坐標(biāo)系——這就是為什么在這種情況下你會(huì)感覺(jué)不到你在移動(dòng)。一旦加速度不恒定，你就不再處于自由落體的狀態(tài)，并且會(huì)感覺(jué)到加速或減速。你的感受無(wú)關(guān)于你相對(duì)于地球的加速度，而是關(guān)于飛機(jī)本身的加速度。所以，如果你的減速度減小，你就會(huì)感覺(jué)到加速度（而不是減速度；飛機(jī)控制臺(tái)上的數(shù)字是相對(duì)于地球的，而不是相對(duì)于飛機(jī)之前的加速度）。
網(wǎng)友提問(wèn)：“這種誤解的感覺(jué)可以模擬我們對(duì)宇宙膨脹的測(cè)量的誤解嗎？例如，當(dāng)宇宙的密度隨著膨脹而減小，從而削弱了重力的影響時(shí)，膨脹率會(huì)在重力的作用下持續(xù)降低，但膨脹的減速度也在不斷降低，從而使我們產(chǎn)生了宇宙在膨脹的相對(duì)假象。換言之，最近所有關(guān)于宇宙加速膨脹的言論，是否都有可能是（事實(shí)上）由膨脹減速度的不斷下降導(dǎo)致的幻覺(jué)？”
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不幸的是，宇宙膨脹無(wú)法用這么簡(jiǎn)單的術(shù)語(yǔ)來(lái)理解。等效原理只適用于因外力而在其中產(chǎn)生恒定加速度的坐標(biāo)系。這個(gè)必要條件實(shí)際上限定了力場(chǎng)中自由落體坐標(biāo)系的尺寸。我們知道宇宙的不同部分不會(huì)承受同樣的力，所以大多也不在同一個(gè)自由落體坐標(biāo)系中。

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圖片說(shuō)明：從大爆炸形成的宇宙演化圖解（左）。在這幅圖中宇宙以二維呈現(xiàn)，第三維度是時(shí)間，向右是時(shí)間流動(dòng)的方向。
同樣，等效原理也適用于因外力而產(chǎn)生加速度的坐標(biāo)系，即來(lái)自坐標(biāo)系外部的力。但是當(dāng)我們談?wù)撚钪鏁r(shí)，并不存在“外部”的概念；因此，宇宙膨脹必須由宇宙本身的幾何結(jié)構(gòu)和它所容納之物來(lái)導(dǎo)致。
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等效原理，尤其是強(qiáng)等效原理，在廣義相對(duì)論的引力理論中居于一個(gè)極重要的地位，它的重要性首先是愛(ài)因斯坦分別在1911年的《關(guān)于引力對(duì)光傳播的影響》及1916年的《廣義相對(duì)論的基礎(chǔ)》中提出來(lái)。 等效原理共有兩個(gè)不同程度的表述：弱等效原理及強(qiáng)等效原理。
1.WJ百科全書(shū)
2.天文學(xué)名詞
3. Kristine Spekkens- curious
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