等价理论(
质能等价理论)是爱因斯坦狭义相对论的最重要的推论,即著名的方程式E=mC^2,式中为E能量,m为质量,C为光速;也就是说,一切物质都潜藏着质量乘于光速平方的能量。
一个静止的物体,其全部的能量都包含在静止的质量中。一旦运动,就要产生动能。由于质量和能量等价,运动中所具有的能量应加到质量上,也就是说,运动的物体的质量会增加。当物体的运动速度远低于光速时,增加的质量微乎其微,如速度达到光速的0.1时,质量只增加0.5%。但随着速度接近光速,其增加的质量就显著了。如速度达到光速的0.9时,其质量增加了一倍多。这时,物体继续加速就需要更多的能量。当速度趋近光速时,质量随着速度的增加而直线上升,速度无限接近光速时,质量趋向于无限大,需要无限多的能量。因此,任何物体的运动速度不可能达到光速,只有质量为零的粒子才可以以光速运动,如光子。
某一物体的运动状态在不同的惯性系中是不一样的,但它的运动状态的变化所显示的力在任何惯性系中是一样的。这就是力在任何惯性系中是等价的。在经典力学里,等价的还有物体质量、时间、加速度和速度的增量。
在任何一个时空点上都可以选取适当的参考系,使一切物质的运动方程中不再含有引力项,即引力可以局部地消除。如果认为这种消除了引力的参考系是惯性系,那么,等价原理告诉我们,在任何一个时空点,一定存在局部惯性系。
伽利略最早注意到,不同物体沿斜面的下滑运动是一样的,即
引力加速度与物体的组成无关。 等价原理(equivalence principle)尤其是强等价原理,在广义相对论的
引力理论中居于一个极重要的地位,它的重要性首先是被
爱因斯坦分别在
1911年的《关于引力对光传播的影响》及1916年的《广义相对论的基础》中被提出来。 等价原理共有两个不同程度的表述:弱等价原理及强等价原理。 对此原理,
爱因斯坦曾如是说:“我为它的存在感到极为惊奇,并且猜想其中必有一把可以更深入了解惯性和引力的钥匙。”