廣義相對論—時空彎曲

2020-12-20 科學情報館

愛因斯坦的改變了人們對物理學的認識,廣義相對論的出現,顛覆了人們對經典力學的認識,廣義相對論中提出的「時空彎曲」徹底顛覆了過去人們對時空的認識。

廣義相對論站在物理界關於引力理論的最頂端,代表了引力理論、時空研究的最高水平。廣義相對論中,引力不是單純的一種力,而是被重新定義為時空的曲率。什麼是曲率?曲率是表示曲線在某一點的彎曲程度。

廣義相對論認為,萬有引力造成了時空彎曲,那麼到底什麼是時空彎曲?舉個簡單的例子:按照經典物理,光是沿著直線傳播的,通俗一點說就是光不會拐彎,但是,當光在傳播過程中遇到一個質量很大的天體的時候(比如太陽,或者是比太陽質量更大的天體),在強大的萬有引力作用下,光線的傳播路徑就會發生彎曲,也就是說,我們在地面上所看到的恆星的位置並不是它實際的位置。

其實,生活中,我們也可以看到一些例子,比如:太陽光在穿過地球大氣層時發生折射,是大氣層彎曲了陽光,一根筷子放進水杯裡可以看到筷子變彎了,還有海市蜃樓等等,都可以解釋為空間彎曲的結果。

在太陽系中,還存在一個現象,就是八大行星圍繞著太陽公轉,但是它們的公轉軌道都不在一個平面上,其實這就是由於太陽強大的引力彎曲了空間。

相關焦點

  • 廣義相對論的空間彎曲其實很容易懂
    英國物理學家愛丁頓(Arthur Eddington)1919年帶領團隊在西非拍攝的日全食照片證實水星近日點進動完全符合廣義相對論的預測結果,這個消息迅速傳遍了物理學界,同時也另愛因斯坦及他在1905年提出的廣義相對論名聲大振。
  • 愛因斯坦的廣義相對論是什麼?
    廣義相對論是現代物理學的主要組成部分。它基於空間的「彎曲」能力來解釋引力,或者更準確地說,它將引力與時空的幾何變化聯繫起來了。1915年,阿爾伯特·愛因斯坦創立了廣義相對論(GRT),即這個「特殊」理論誕生十年之後,應用光速,並假設物理定律在任何給定的參照系中保持不變。
  • 時空的囚籠,廣義相對論預言的宇宙中最奇特天體——黑洞簡史
    在廣義相對論裡,引力並不是一種大質量天體把物體向自身拉的力,而是大質量天體的質量使空間產生彎曲,物體沿著彎曲的空間做測地線運動所產生的一種效應。在一般情況下,這兩者所產生的效果是一樣一樣的,但是當情況變得極端,兩者的差異就會明顯起來。
  • 如何自學廣義相對論,這裡有一份秘籍
    著名的物理學家約翰·惠勒是這樣總結廣義相對論的:「物質告訴時空如何彎曲,時空告訴物質如何運動。」前半句概括了愛因斯坦場方程,而後半句則概括了運動方程。它還有個獨特之處,利用場方程能推導出運動方程,這在其它場都是沒有的。這句話也是普通大眾對廣義相對論的理解:物質會導致時空彎曲。
  • 既然愛因斯坦廣義相對論最後一項預言被證實,那再不懂相對論就真的out了
    好的,狹義相對論在1905年就被愛因斯坦研究出來了,但是10年之後的理論才是愛因斯坦的絕對重頭戲——1915年的廣義相對論。20世紀最偉大的兩大理論物理突破,一個是廣義相對論,另一個是量子力學。愛神以一己之力就砍下半壁江山實在偉大!
  • 丘成桐演講:時空幾何與廣義相對論中的質量
    完成廣義相對論後, 愛因斯坦認為: 物理學最基本的部分應由思考實驗及數學的優雅來主導。在文章的最後, 他說: 在找到廣義相對論的方程之後, 一切都來得如此自然而簡單, 對有能力的學者來說輕而易舉。然而, 在找到真理之前, 他殫精竭慮, 經年勞瘁, 日夜承受煎熬, 箇中艱辛難以言說。愛因斯坦的工作堪稱人類所曾完成的最偉大科學工作。
  • 結合廣義相對論解讀物質引力原理
    廣義相對論用時空扭曲來解釋引力,很多人對於時空扭曲的理解,不明覺厲,那麼時空扭曲到底是個什麼東東?引力又是怎麼回事呢? 廣義相對論空間扭曲產生引力的藝術假想圖。(圖源:IAC) 本文給大家講解下.
  • 太陽光譜的精確測量驗證了廣義相對論
    愛因斯坦在1915年發表的廣義相對論引入了時空的新概念,它表明大質量物體會引起附近時空的彎曲,而時空彎曲會引起時間變慢。但是在當時的技術條件下,能明顯測得到相對論效應的天體就只有太陽。那麼我們應該如何測量時間延緩這一效應呢?
  • 廣義相對論比牛頓萬有引力理論更正確嗎?萬有引力理論是錯的嗎?
    關於愛因斯坦的相對論和牛頓的萬有引力理論哪個更正確,目前來看顯然是相對論更為正確。我經常看到大家都堅持說愛因斯坦的廣義相對論並沒有推翻牛頓的萬有引力理論,牛頓的萬有引力理論依然是正確的。但我個人認為其實牛頓的萬有引力理論和愛因斯坦的廣義相對論只能有一個是正確的,因為它們的根基不一樣,不可能同時正確。牛頓的萬有引力是以平坦的絕對空間作為背景的,而愛因斯坦的廣義相對論是以彎曲的時空作為背景的。
  • 新理論摒棄了愛因斯坦的廣義相對論
    Larry Silverberg和Jeffrey Eischen的理論甚至可能會取代愛因斯坦的廣義相對論,後者已經被用來解釋物理現象超過一個世紀,最突出的是空間和時間的扭曲。該理論基於這樣一個基本理念,即能量在空間和時間中不斷流動,永無止境,永不交叉。
  • 時空彎曲的本質是什麼?
    春日暖陽,在百花盛開的憩園,我慵懶地躺在藤椅上,看愛因斯坦的《廣義相對論》。對於其中的觀點頗有疑惑。他認為:宇宙的時空因為物質的存在是彎曲的。該怎樣理解這個觀點呢?時空彎曲是物質的質量造成的,萬有引力是時空彎曲的表現。因為萬有引力無處不在,所以引力場也是無處不在的。因為我學識淺薄,不能理解愛因斯坦的微言大義,所以以下的觀點是鄙人自己的理解,錯誤在所難免,如不喜歡,請指出錯誤,以免誤人子弟。假設引力場的基本單位,我們稱為引力子。
  • 100年前的今天,他的實驗首次驗證了廣義相對論,愛因斯坦從此走上「神壇」
    DAVIDSON)今天,是廣義相對論首次被實驗驗證的100周年紀念日。1919年5月29日,英國科學家愛丁頓領導的日全食實驗支持了愛因斯坦提出的廣義相對論。現在看來,當年愛丁頓力挺愛因斯坦,讓廣義相對論「一戰成名」,也使愛因斯坦獲得了世界性的影響力。但是,有輿論認為,這個實驗是為了緩和一戰後英國與德國的關係,但當時的實驗精度不足以證明廣義相對論是正確的。這種看法合理嗎?
  • 這很物理:時間的形狀、廣義相對論中的時間測量
    二、廣義相對論中的坐標鍾與標準鍾既然時間的測量是一個幾何問題,那麼我們就可以如同在經典力學中用三維坐標系繪製一個周期性運動的軌跡那樣,在四維時空中繪製出一個周期性運動的軌跡,這就需要我們建立一個四維(三維空間+一維時間)坐標系。
  • 在未來,廣義相對論和量子力學有可能統一嗎?科學家是這樣看的
    廣義相對論和量子力學不可調和我們要想真正理解黑洞、時間的起源和空間的本質,需要在某種程度上結合廣義相對論和量子力學的理論,但是,這兩個理論在本質上似乎是不可調和的。科學家們始終相信,在未來的某一天,現代物理學的兩大支柱——廣義相對論和量子力學一定會交融到一起。目前,廣義相對論和量子力學都分別取得了偉大的成就,但是它們看起來卻不可調和。
  • 【續】廣義相對論的推論-黑洞與蟲洞
    但是各位親愛的讀者,你僅僅是看到了真相的冰山一角,後面的風景才將真正挑戰你思維的極限,讓我們順著時空彎曲這條道路繼續往下,看看還有什麼驚人的推論在前方。  通過水星進動現象和星光實驗,我想我大概已經讓你相信引力確實可以彎曲空間了。那麼讓我們順著這根線索不要停止思考,繼續深入下去。什麼東西產生引力?對,是質量。質量越大,引力越強,引力越強,空間彎曲得越厲害。
  • 看完這5個預言的檢驗,你還想推翻愛因斯坦的廣義相對論嗎?
    廣義相對論預言了遙遠的星光經過太陽時,會被大質量的太陽彎曲,從而星光會偏折一丟丟,計算的結果是星光會偏折1.74弧秒(1弧秒=1/3600度)。要驗證星光經過太陽時被彎曲的現象,這並不容易。因為星光相對太陽來說太微弱了,平時根本沒法觀測,只有一個機會是,當太陽全日食的時候,我們才容易觀測到太陽背後恆星的光線。
  • 加速運動的觀察者是否會感覺自己處於彎曲的時空中?
    ——辛(Synge)確實是這樣,很多學習廣義相對論的同學稍不注意就會步入將「引力場的效應與觀察者的加速度效應混為一談」的尷尬境地,這樣的混淆會讓我們得出一個自認為順理成章、但又絕對錯誤的結論:「處於平直時空中做加速運動的觀察者也會感覺到引力的存在,又因為引力的本質就是時空彎曲,所以他會認為做加速運動的觀察者會感覺自己處於彎曲的時空中」。
  • 1919年兩支遠徵隊觀測日全食,證實了愛因斯坦時空彎曲理論
    愛因斯坦廣義相對論認為,質量才是引力的根源,產生引力的原因是質量對周邊時空的扭曲。就像一塊石頭丟進水裡,或者一條魚在水裡遊動,就會對水產生漣漪或漩渦,由此影響周邊的物質。物體無論大小,都會有這種時空擾動出現。
  • 想深刻了解廣義相對論的推導和相關解,請讀這篇文章
    整個方程式的意義是:空間物質的能量-動量(T_uv)分布=空間的彎曲狀況(R_uv)。我們知道愛氏廣義相對論的模型建立的核心內容是愛因斯坦場方程的解。在愛因斯坦場方程和一個附加描述物質屬性的方程(類似於麥克斯韋方程組)同時已知的前提下,愛因斯坦場方程的解包含有一個確定的半黎曼流形,以及一個在這個流形上定義好的物質場。
  • 愛因斯坦提出廣義相對論後,牛頓的定律是錯的嗎?
    愛因斯坦的革命引力跨越空間的秘密在200年後被阿爾伯特·愛因斯坦揭開,他的廣義相對論用一種全新的方式描述了引力。牛頓認為引力是一個力,而愛因斯坦把它看做空間本身的彎曲。帕內克說:「牛頓把引力描繪成在空間中發生的一種行為,但愛因斯坦認為這是物質和空間的相互作用。」