蘋果落地是因為時空彎曲嗎

2020-11-22 人民網河北

原標題：蘋果落地是因為時空彎曲嗎

　　廣義相對論是描述萬有引力的又一個裡程碑，是建立天體星系運動模型的基礎

　　1915年，愛因斯坦提出了廣義相對論，這是繼牛頓之後，描述萬有引力的第二個裡程碑。這個理論，至今仍然是天體物理及宇宙學中，建立天體星系運動模型以及宇宙演化模型的基礎。

　　不同於牛頓理論中的引力，廣義相對論將引力與四維時空的幾何性質聯繫起來。物理學家約翰·惠勒（John Archibald Wheeler）早年曾經與愛因斯坦一起工作，他曾用這樣一句話概括廣義相對論：「物質告訴時空如何彎曲，時空告訴物質如何運動」。

　　這句話的意思是說，時空和物質通過引力場方程聯繫到了一起。這種聯繫可以用日常生活中的一個現象來比喻：一個重重的鉛球放在橡皮筋繃成的彈性網格上，使橡皮筋網下陷。然後，另外一些小球掉到網上，它們將自然地滾向鉛球所在的位置。如何解釋小球的這種運動？牛頓引力理論說：小球被鉛球的引力所吸引。而廣義相對論說，因為鉛球造成了它周圍空間的彎曲，小球不過是按照時空的彎曲情形運動而已。

　　天體（或鉛球）的質量越大，空間彎曲將會越厲害。大到一定程度，這張繃成的網被撐破，從而形成一個東西全都往下掉、再也撿不起來的「洞」，即為黑洞。

　　愛因斯坦曾經說：「我想知道上帝是如何設計這個世界的。」我們不妨將「上帝」理解為「大自然」。因此，愛因斯坦提出了科學研究的一個最基本的問題：大自然的秘密是什麼？大自然的脈搏如何跳動？大自然在造物時遵循哪些基本原理？愛因斯坦正是遵循這條探索大自然奧秘的道路，提出了等效原理，最後建立了引力場方程。

　　近年來，隨著科學技術的進步、觀測方法的改進，宇宙學中的大爆炸理論、黑洞物理、宇宙膨脹，這些與廣義相對論密切相關的領域都在蓬勃發展，日新月異、成果不斷。它們向物理理論提出了哪些新問題？理論物理、天文學及宇宙學將走向何方？這些都不是容易回答的問題。

　　（作者為德克薩斯州大學奧斯汀分校理論物理博士）

相關焦點

  • 解讀引力理論發展史:從牛頓的萬有引力到愛因斯坦的時空彎曲
    第谷有個助手，也是他的學生，叫克卜勒。地球貌似沒有受到任何外力啊，地球繞太陽旋轉，肯定是一種力施加給了地球，這個力是太陽給的嗎？當牛頓的看到蘋果落地之後，啟發性的認識到萬有引力後。這時候他才知道，太陽也給地球施加了引力。地球吸引了蘋果，在引力的作用下，蘋果落地了。那太陽也給地球一個力，為啥地球不落向太陽呢？
  • 引力理論發展簡史:從牛頓的萬有引力到愛因斯坦的時空彎曲
    第谷或許是吸取了教廷反對者的前車之鑑，不得不投靠地心說，畢竟活著不好嗎。值得一提的是，第谷這種「星繞日，日又繞地」的理論傳到明朝後，甚至一度被接納！第谷有個助手，也是他的學生，叫克卜勒。在第谷死後，克卜勒繼承了第谷的研究。並提出了克卜勒三大定律。
  • 在地球上,怎麼看不到引力產生的時空彎曲?
    同理光經過扭曲的時空，如果順著時空跑道拐彎，當光被我們的眼睛所接收時，反饋給我們的信息會發生偏差。就像下圖：筷子是真的彎了嗎？折射,導致光反饋的筷子的信息出現了偏差，所以筷子「折了」。如果光經過扭曲的時空也會，即可證明時空真的發生了扭曲。論證之前，我們先講明白原理。
  • 蘋果因為引力落地? 這會不會是錯覺
    引力不是物質之間剪不斷的相互吸引嗎？它為何能幫助科學家「看見」行星？它的本質到底是什麼？　　讓蘋果落地，也讓行星繞轉太陽　　提起引力，人們總會想起蘋果落地的故事。而時空的曲率，由其中的物質決定。　　愛因斯坦寫下的廣義相對論場方程正說明了這種關係：物質的能量、動量會使時空彎曲。而其運動方程則說明了在這樣的時空中物質的運動規律。　　在彎曲時空中，很多規則都發生了變化。比如，兩點之間最短的線不再是直線，而是一條叫做測地線的曲線。
  • 時空為什麼彎曲？
    我們認識的時空是人類視角（光速）時空，時空彎曲是由大質量天體產生，（愛因斯坦的理解）與速度有關嗎？這說不同速度視角時空彎曲是不一樣的，時空彎曲與速度有關。愛因斯坦為統一萬有引力廣義相對論理解說時空彎曲了，牛頓直說萬有引力是物質屬性必然有的。時空彎曲後就可沒有萬有引力，衛星一直沿著彎曲時空做直線勻速直線運動。時空彎曲解釋萬有引力是掩耳盜鈴嗎？時空彎曲又是什麼原因引起的？
  • 萬有引力的本質是時空彎曲嗎?
    愛因斯坦的時空彎曲論，反映的仍是現象，並非本質。何為本質?牛頓與愛因斯坦都未涉及。愛因斯坦的時空彎曲一、宇宙為什麼需要萬有引力?沒有萬有引力就沒有時空，就沒有宇宙的生命，所以，運動與萬有引力是一對平衡力，二者的平衡維持著宇宙的生命。這是宇宙需要萬有引力的本質，而不是牛頓與愛因斯坦反映的科學現象。二、萬有引力與時空彎曲的關係假如沒有萬有引力，物質的運動將保持勻速直線運動，四散而去。
  • 真的是時空彎曲產生引力嗎？
    導讀：真的是時空彎曲引力嗎？這個問題不值得懷疑嗎？我對此持懷疑態度。所以說愛因斯坦建立了一個對的理論，卻解釋錯了，就是不能用時空彎曲解釋引力的成因！左邊代表時空曲率，右邊代表質量分布。引力在哪裡？你告訴我引力在哪裡？所以不要聽人家說，你也人云亦云。你知道愛因斯坦怎麼寫出這個方程的嗎？了解過廣義相對論的朋友都知道，提出相對論是基於一個簡單的想法，我在前面章節提到過，做過鋪墊。
  • 時空真的可以彎曲嗎？細思謬極
    因此得出結論：大質量物體使周圍時空發生彎曲。如下圖：先不管這結論的正確與否，單從「時空彎曲」這句話來看，簡直就不是人話。首先，光線彎曲與時空彎曲不能等同起來，在我們不受大質量物體影響的周圍也經常有光線彎曲的現象。
  • 速度越大物體的質量越大,這是在狹義相對論中成立嗎?
    速度越大質量越大在廣義相對論中成立嗎？在狹義相對論是成立的吧。先來簡單說說狹義相對論與廣義相對論的區別。那麼，蘋果落地、地球圍繞太陽公轉都是如何解釋呢？廣義相對論認為，有質量的物質彎曲了「時空」。而正是這種彎曲影響了其他物體的運行，在視覺上造成似乎是有「引力」的樣子。
  • 時空彎曲與引力的關係
    根據上面的公式我們可以看出從整個方程式的意義：空間物質的能量-動量（T_uv）分布=空間的彎曲狀況（R_uv）。而（T_uv）所代表的是時空，是能量分布，使時空可以產生引力。所以時空彎曲是通過引力完成的，是引力作用使得時空空間的彎曲。
  • 時空彎曲就是空間引力場彎曲
    時空彎曲這個概念採用空間引力場彎曲這個詞語表示比較合適。光線經過恆星表面、黑洞表面時，光子運動的方向和速度會被改變，其原因只能用引力波和暗能量這兩個未解之謎來解釋。隨著時間的推移，科學家最終真正發現引力波和暗物質，並發現引力波和暗物質的來源，但任重而道遠。
  • 彎曲時空，引力退散
    其實不一定，比如足球是由一塊一塊很小的、比較平的皮子縫起來的，但是縫起來之後，就形成了一個表面彎曲的、球形的足球。我們的空間也是這樣，我們考慮空間中每一點很小的具有不同運動狀態的體積元，把它們粘回來，我們發現最後的空間其實是彎曲空間。不均勻的引力場導致了空間的彎曲。其實彎曲的不只有空間，彎曲的是整個時空。
  • 時空彎曲是廣義相對論核心,理解了空間彎曲,如何理解時間彎曲?
    200多年後，愛因斯坦用時空彎曲的觀點解釋了牛頓心中的疑問，假如牛頓在世，不知道會不會同意。當代物理學家喜歡用「保齡球放在一片二維的橡皮膜上」來形象地、直觀地比喻空間彎曲，在這樣的圖景中，地球繞太陽運動是因為地球進入了由太陽造成的彎曲空間的一道「溝谷」。準確地說，地球是在太陽周圍的彎曲空間中走一條阻力最小的路徑。
  • 時空是彎曲的（上）（宇宙系列之三）
    假若船在加速前行運動，這一切現象還不變嗎？你將會發現，一切現象都變了。魚兒難以在各個方向自由遊動，水滴不能滴進下面的罐口，你把東西扔給朋友不同方向用力不一樣，雙腳齊跳不同方向距離也不相等。這一切表明，物理定律在加速度參考系中不再是不變的。那麼怎樣使物理定律在一切參考系中保持不變呢？
  • 廣義相對論的時空彎曲效應
    再根據等效原理，加速度就是引力，引力就是加速度，因此，加速度同樣會造成光線的彎曲。　　這個世界已經變得越來越神奇了，連光都成了彎曲的了，但又不由得我們不信。還有更神奇的，愛因斯坦用一個非凡的思維實驗論證了這樣一個事實：引力其實造成的是時空彎曲，也就是時間和空間同時被彎曲了。
  • 時空彎曲:時間與空間原來是不可分割的
    愛因斯坦提出狹義相對論後，他進行了進一步的思考，認為：大質量的物體讓其周圍的空間發生彎曲，從而導致經過它周圍的光線走了一個彎曲的路徑。在愛因斯坦的理解中，時間和空間都不是固定不變的，那麼它們之間有什麼關係嗎？
  • 九，時空彎曲的實質
    所謂「時空彎曲」其實是空間和能量相互之間一一對應關係和空間變化和能量變化相互一一對應關係的表現，「時空彎曲」也許不是真實存在。 「時空彎曲」只是能量與空間一一對應關係實現的表現，「時空彎曲」只是能量變化與空間變化一一對應關係實現的表現。因為能量與空間一一對應關係實現的表現和能量變化與空間變化一一對應關係實現的表現為能量與空間的「相互轉換」對稱關係。
  • 鍾慢尺縮是因為高速物體質量變大引起的時空彎曲導致的嗎?
    愛因斯坦認為這些效應跟物體的材料無關，這只是時空相對性的表現，是不同參考系觀察的不同結果。的確我們地面人的質量並沒有真變得無限大，是因為這個質量是相對靜止於地面的靜質量。是在我們地球這個參考系的量度。那接近光速運動的飛船呢？在飛船的人看來飛船和他的質量並沒有變大，因為這個質量也是相對於飛船參考系的靜質量。可為什麼飛船有點飛不動了？而在地面的人卻沒有這個感覺？
  • 用最簡單的方式解說相對論的時空彎曲
    數學而言，歐氏三維再增加一個影響因素只有四維時空嗎？並不只有四維時空，我們增加的這一個影響因素是實數的，還是虛數的，結果會不同！基於三維的歐氏體系再增加一個虛數影響因素，這種數學體系，被表達為四維時空。就會產生上圖的二維、三維的降維表達結果。
  • 如果突然把天體挪走,時空還會保持彎曲的狀態嗎?
    彎曲時空物質告訴時空如何彎曲，彎曲的時空告訴物質如何運動這是愛因斯坦廣義相對論背後的基本原理，它第一次把引力現象與時空和相對論現象聯繫在一起。在宇宙的任何地方放置一個質量體，它周圍的時空將會彎曲。但是如果把這個質量體拿走，那是什麼導致了彎曲的時空快速恢復到原來未彎曲的狀態？為什麼時空不會保持彎曲的狀態？在愛因斯坦出現之前的幾百年裡，牛頓的萬有引力定律是最好的引力理論。