爱因斯坦场方程,它是如何将时空的形状与物质的分布联系起来的?( 二 )


场方程的第二项g , 是度张量 。 它有效地测量了时空的形状 , 这和曲率不同 。 我们这样来考虑它 。 让我们想象一只蚂蚁 。 它生活在一个二维表面上 。 一个平面 。 它可以前后移动 , 也可以左右移动 , 但不能上下移动 。 现在 , 我们在这个表面标记两个点 。 点A和点B 。
蚂蚁在A点 , 它想去B点 。 从A到B的最短距离是一条直线 。 这是对平坦时空的一种稍微简化的解释 , 平坦时空中没有能量 , 也没有曲率 。 但我们假设蚂蚁现在所在的表面是弯曲的 。 像球体的表面 。 表面现在是弯曲的 , 但蚂蚁仍然遵循同样的规则 。 那么现在 , 从A到B , 最短的路径是什么?这是一条曲线 。 可以称之为测地线 。 重要的是度规张量会告诉我们蚂蚁所在的表面的形状 。 换句话说 , 这是时空的几何视角 。

如果爱因斯坦张量依赖于度规张量 , 那么为什么有一个单独的项只有度规张量?这是因为我们需要解释另一个奇怪的现象 。 宇宙学常数Λ(大写lambda) 。 爱因斯坦最初在1917年提出这个常数是为了平衡引力的影响 , 实现一个静态的宇宙 , 这个概念在当时是被接受的观点 。
1931年 , 在哈勃证实宇宙膨胀后 , 爱因斯坦放弃了这个(静态宇宙)理论 。 从20世纪30年代到90年代末 , 大多数物理学家同意宇宙常数等于零 。 1998年的一项惊人发现改变了这一情况——宇宙正在加速膨胀 , 这意味着宇宙常数可能为正 。

【爱因斯坦场方程,它是如何将时空的形状与物质的分布联系起来的?】我们已经看到了一个非常简化的爱因斯坦场方程 , 并探索了它所传递的信息——它将时空的形状和曲率与物质和能量的分布联系起来 。 求解爱因斯坦场方程是非常困难的 , 但我们已经找到了一些(解) , 比较有名的是克尔和史瓦西度规 , 它们分别描述了旋转黑洞和静止黑洞周围的时空曲率 。

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