在愛因斯坦的狹義相對論中,描述了高速運動物體導致時間膨脹的神奇效應。這讓人們不禁想:如果我們真的坐飛船進行太空旅行,回來後發現滄海桑田的變化,那會是一種什麼樣的感受?一定是既新奇又讓人感嘆,還有些嚮往。
今天要說的不是速度引起的時間膨脹,而是關於引力引起的時間膨脹。當然這個說法並不專業,咱們只談觀察到的現象,專業問題還是專業的人去研究吧。
簡單的說就是在不同質量天體附近時間的流速是不同的,越大質量的天體處時間流速越慢。所以在地球上時間流速要慢於在太空中,如果運動速度不夠快,地面的時間流速反而慢。這讓我這樣珍惜生命的人就很糾結了,到底去不去太空呢?:-)!好吧,我去不了太空。
引力的產生,愛因斯坦歸結為時空彎曲產生的等效作用,在大質量天體附近的時空被拉長。光線在大質量天體的附近軌道會產生彎曲,因為時間流速慢,遠處的人會覺得光在它附近走了更長時間,甚至對於黑洞來說光就再也回不來了。
為了研究引力愛因斯坦用了8年時間,寫出了引力場方程。
這個方程求解很困難,人們一般採用近似方法求解,愛因斯坦通過這種方法提出了很多假設。例如在閔可夫斯基空間就是這個方程在曲率為零的情況下的特殊解。
史瓦西在1916年推導出廣義相對論球對稱引力場方程的嚴格解。聽起來是求解了一個方程的解。而每個解意味著一種形式的宇宙模型,這裡有一個現在人們常用的概念,史瓦西半徑。
根據這個半徑,就有了黑洞的事件視界,黑洞如何產生等的理論基礎,人們可以推算宇宙的可能性質。
這些理論都很難理解,計算過程繁複難懂,但是關於時空彎曲產生引力有一個很新奇的想法來解釋。
可以這樣想,目前在太空與地球上時間的流速不同,這是已經被證實了的,例如在我們的GPS定位中,已經得到了很好的驗證。
可以這樣想,首先把引力去除掉,想像一個人在地球外的太空中,因為沒有引力所以它因該是水平移動。但因為時間流速是不同的,所以人的頭部和腳的流速不同,即使這個時間相差很少很少,但確實不同,這就造成頭部流速大於腳步,人的運動方向就會逐漸落向地球。我想這是一個對於引力是時空彎曲產生的效應得很好解釋。
正如愛因斯坦的徒弟惠勒所說的那樣,物體的質量告訴時空如何彎曲,時空彎曲告訴物體如何運動。那麼問題來了,物體質量為什麼導致時空彎曲?