5分鐘時間,簡短語言講述《廣義相對論》及其周邊

2021-01-14 華箋流香

廣義相對論是牛頓運動定律的終極版本。

也可以反過來說,牛頓運動定律是廣義相對論的最簡化版本。

那麼有人要問,終極版本和簡化版本,中間到底有什麼區別呢?區別在於,它們適用的條件,是不一樣的。最簡化版本,只能在平直坐標(歐幾裡得時空)裡,以及在低速情況下用。終極版本是可以在扭曲的坐標(非歐幾裡得時空)以及在高速的情況下用。

廣義相對論是怎麼推導出來的?

推導廣義相對論需要承認兩個哲學原理:馬赫原理和等效原理。

馬赫原理是說,所有的運動都是相對運動,所有的加速度也是相對的。這就是為什麼叫相對論。

等效原理是說,引力場的局部可以用作加速運動的慣性系代替。

任何物體行進的速度,包括空間彎曲的速度,引力波的傳播速度,都以光速為極限。超光速在廣義相對論框架內是不可能的。

廣義相對論是物理學的一部分,物理是人類對自然界的數學描述。

廣義相對論描述的是,物體的運動規律,在任意坐標系下,在小於等於光速的任何速度下,運動規律的不變性。

狹義相對論描述的是,物體的運動規律,在平直坐標下,在小於等於光速在任何速度下,運動規律的不變性。

牛頓定律描述的是,物體的運動規律,在平直坐標下,在遠遠小於光速的事情況下,運動規律的不變性。

延伸閱讀1:和廣義相對論有關的著名科學家

第1位:可以與愛因斯坦比肩的女科學家,艾米諾特。艾米諾特給出了廣義相對論的純數學推導,讓廣義相對論建立在數學嚴格的基礎上,因此廣義相對論是最難被推翻的物理學定律。由此延伸,牛頓定律、狹義相對論都是最難被推翻的物理學定律。不僅如此,她還獨自證明了諾特定律,闡述了所有守恆性背後的原因。

第2位:亞歷山大佛裡德曼,給出了廣義相對論宇宙學的解。這個解表明,宇宙起源於一個點,然後就是bigbang大爆炸。

第3位:史瓦西,給出了廣義相對論天體演化的第1個解,一個不旋轉不帶電荷的黑洞。這個黑豆被稱為史瓦西黑洞,黑洞的視界半徑,被稱為史瓦西半徑。

廣義相對論場方程是偏微分方程,沒有解析解,只有在極端的條件下才會有解。在史瓦西給出了第1個解以後,另外的科學家分別給出了,旋轉不帶電黑洞的解,和旋轉帶電黑洞的解。

第4位:霍金。給出了廣義相對論場方程有解的邊界條件,這些條件被稱為能量條件。除此之外他還證明了一個奇點定理:如果奇點不被視界所包裹(出現一個裸的奇點),則物體在落向奇點的過程中會走類空測地線,出現違反時序的情況。

因為大自然不允許出現違反時序的情況,或者說大自然不允許人類看到違反時序的情況,因此所有的奇點都會被事件視界所包裹。這一假設又被稱為宇宙監督假設。

《星際穿越》電影裡就是男主人公進入了黑洞內部,在落向奇點的過程中,走了一條違反時序的類空測地線,而返回了過去,看到了她自己女兒長大的情況。

延伸閱讀2:愛因斯坦的著名粉絲。

證偽思想最初來源於愛因斯坦。卡爾波普爾是愛因斯坦的狂熱粉絲。卡爾波普爾把愛因斯坦的證偽思想上升到哲學的高度,並廣為傳播。科學的證偽主義,現在為絕大多數科學家所接受。卡爾波普爾還有幾個很有名的學生,其中一個最為大眾所熟知的叫索羅斯。

相關的這些人物及其事跡,可以去小編的文章裡找。

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    歡迎廣大宇宙愛好者持續關注我們微信平臺!宇宙解碼公眾平臺即將推出科幻故事連載活動,將會在每周六或周日發布一篇精選科幻故事,覺得好看就分享給朋友吧!  我們已經熟悉了經過適當選取參考物體後處於(近似地)「伽利略」形式的那種空時區域,亦即沒有引力場的區域,如果我們相對於一個不論作何種運動的參考物體K』來考察這樣的一個區域,那麼相對於K』就存在著一個引力場,該引力場對於空間和時間是可變的。這個場的特性當然取決於為K'。選定的運動。
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