阿仔話：「嗰個物理學家錯喇！」
冇地心吸力，我咪應該飛上天？
佢唔記得愛因斯坦個名，卻記得我講過： 重力未必係一股將物件向下拉嘅普通力。 然後，佢提出咗一個非常認真嘅反駁。
前幾日食完飯，我同六歲嘅阿仔坐喺餐枱旁邊。 佢望住張枱，突然好認真咁同我講：
我聽完真係停咗幾秒。
佢雖然唔記得愛因斯坦個名，甚至將個概念簡化成 「嗰個物理學家話冇地心吸力」，但佢唔係亂講。 佢其實記得幾個重要想法，仲嘗試將佢哋放埋一齊：
- 我向下推張枱，張枱就會向上推返我。
- 愛因斯坦對重力嘅解釋，唔係一隻看不見嘅手將我向下扯。
- 如果只見到張枱向上推我，好自然會以為自己應該向上飛。
真正需要拆開嘅，其實係兩樣好容易混埋一齊嘅嘢： 「向上加速」同「相對地板升高」並唔係同一件事。
同時，我亦要先幫佢修正一句說話： 愛因斯坦唔係簡單話「冇地心吸力」， 而係重新解釋自由落體同重力係點樣一回事。
但你冇相對地板升高，因為你同地板一直保持同一個位置。 最關鍵嘅問題係：「你係相對邊個加速？」
第一個發現 坐定定，唔代表冇加速
日常生活入面，我哋通常會將「企定定」理解成「冇加速」。 但物理學上，仲有一種更加直接嘅檢查方法： 睇加速度計讀數。
我同阿仔講，如果我哋將一個盒由高處放手， 再想像盒入面有一部加速度計，佢跌緊嗰陣會接近 0 g。
如果我哋改用呢個跌落盒做參考，就會見到一個幾反直覺嘅畫面： 企喺地面嘅人同地板，會一齊向上離開個盒。
例如由靜止開始計，經過 1 秒，兩者相對位置大約改變 4.9 米。地面視角會話「個盒跌咗 4.9 米」； 跌落盒嘅視角就會話「地面升咗 4.9 米」。
兩個講法描述嘅係同一個相對距離變化， 只係大家揀咗唔同嘅參考。
第二個發現 地球上嘅房，同加速緊嘅火箭
跟住我拎咗兩個紙盒出嚟，同阿仔玩咗一個思想實驗。
呢個就係愛因斯坦發展廣義相對論時其中一個最重要嘅想法： 等效原理（equivalence principle）。
當然，地球同一支火箭唔係所有情況都完全一樣。 如果房間夠大，或者量度得夠精密，就可能觀察到潮汐效應。 不過對小朋友嚟講，先掌握以下重點已經足夠：
所以「我見到物件向下跌」， 唔一定代表有一隻看不見嘅手將物件向下扯。
同小朋友親手轉換視角
唔需要先明晒公式。順住三個步驟玩一次， 睇下地面、自由落體盒、火箭同手機加速度計分別會顯示啲乜。
搵一個真正 0 g 嘅參考
放低橙色盒，再切換去跌落盒嘅視角。
你同地板保持相同位置。 放低個盒，再轉去跌落盒嘅視角睇一次。
地球房間同加速火箭
房入面嘅人放手，兩邊都會見到個波落地。
火箭入面，可以理解成地板向上追個波； 地球表面嘅局部實驗亦可以有相同結果。
用手機加速度計做實驗
加速度計量到嘅，係手機有冇被托住或推住。
手機放喺枱面
枱面向上托住手機，所以加速度計大約顯示 1 g。
注意：呢個畫面只係模擬。真實測試請將手機放入 有拉鏈嘅軟袋，喺厚軟墊上極低高度放手。 唔好將手機掟上天，亦要由成年人負責安全。
可以親手量度 我同阿仔拎部手機出嚟試
講到呢度，阿仔仍然半信半疑，於是我哋搵咗手機入面嘅 accelerometer app，將手機平放喺枱面。
呢個實驗最好玩嘅地方，係佢將一個聽落好抽象嘅概念， 變成一個真真正正可以由儀器量度嘅結果：
- 放喺枱面： 手機受枱面支持，加速度計約為 1 g。
- 自由落體： 手機冇被支持，加速度計接近 0 g。
換句話講，我哋平時叫做「重量」嘅感覺， 主要就係地板、櫈或者張床托住我哋身體嘅感覺。
兩種語言 牛頓同愛因斯坦係咪互相打交？
同小朋友傾呢個問題時，我覺得最容易令人誤會嘅一句說話， 就係「愛因斯坦話冇重力」。
阿仔今次正正就記住咗呢個簡化版本， 所以我亦要同佢講清楚： 呢句說話太短，而且唔夠準確。
比較好嘅講法係： 廣義相對論唔將自由落體理解成一種普通外力造成嘅運動； 物件係沿住時空中自然嘅路線前進。
牛頓力學會用「地球向下吸引物件」去計算； 廣義相對論就會用時空幾何描述自由落體。 喺一般日常情況，牛頓模型非常準確，而且方便得多。
所以陪小朋友探索時，唔需要話「牛頓錯、愛因斯坦先啱」， 亦唔應該將愛因斯坦嘅想法簡化成「世界上冇地心吸力」。 可以話佢哋係用兩套深度唔同嘅語言， 描述好多相同嘅觀察結果。
展開：俾大人睇嘅準確版本
加速度計量度嘅係 proper acceleration（固有加速度）。 企喺地面嘅人受地板支持力，因此加速度計讀數約為 1 g；理想自由落體物件嘅讀數則接近 0。
「企喺地面嘅人向上加速」係相對局部自由落體參考系而言。 呢個講法唔代表整個地球要喺某個外部空間中向上飛， 而係比較兩條附近世界線時，受支持嘅觀察者偏離咗 自由落體測地線。
等效原理只保證足夠細嘅局部區域內， 均勻重力場同加速參考系可以有相同物理效果。 真正涉及時空曲率、而且唔能夠喺有限區域完全消除嘅， 係潮汐效應。
我最鍾意嘅一刻 小朋友唔係要一個標準答案
玩完個模擬同手機實驗之後，阿仔坐咗一陣， 跟住自己總結：
嗰一刻我最開心嘅，唔係佢終於記得愛因斯坦個名， 亦唔係佢識背「等效原理」四個字。
而係佢發現： 當一個答案好似有矛盾時，可以先問清楚量度方法、 參考對象，同每一句說話真正代表乜。
對我嚟講，呢種習慣比背答案重要得多。 科學唔係大人將一堆結論塞俾小朋友； 科學係我哋肯陪住佢，將一個「點解」逐層拆開。
今次父子實驗嘅 4 個重點
- 愛因斯坦唔係簡單話「冇地心吸力」， 而係用另一種方式理解重力同自由落體。
- 地板的確會向上推企喺上面嘅人。
- 相對地板冇升高，唔代表相對自由落體物件冇加速。
- 企喺地面嘅加速度計約讀到 1 g； 理想自由落體時則接近 0 g。
下次小朋友同你講： 「嗰個物理學家話冇地心吸力，係錯嘅！」
唔需要立即糾正佢。可以先問：
「你點解覺得佢錯呀？」
可能小朋友真正需要嘅，唔係一個物理學家嘅名字， 而係有人陪佢將自己嘅推理完整講出嚟。