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广义相对论中 , 爱因斯坦首先证明了引力与加速运动的不可分割 , 紧接着他得到的结论:加速运动会形成空间与时间的弯曲 , 而引力就是时间、空间的弯曲 。 那这到底是怎么回事呢?
小编认为:这种引力观 , 要结合行星绕恒星运动的情况进行理解 。 比如:地球绕太阳运转 , 在万有引力中 , 太阳把地球限制在轨道上 , 仿佛太阳用一根引力的绳子把地球固定了 。 爱因斯坦提出了自己的概念 。
为了讨论这个概念 , 我们从两个方面将问题简单化 。 首先 , 不论时间 , 我们先讨论空间视觉模型 , 再把时间放进来讨论 。 其次 , 为了把图像表现出来 , 我们用二维的类比来替代三维的空间 。
众所周知 , 低维模型的结果 , 可以作用于三维的物理空间 。 运用这种简化方式 , 把宇宙空间画成一个二维的区域 。 图中网格可以确定位置 , 如同警方设立的街道网络可以确定城市中每一个定点的具体位置一样 。
根据线报 , 警方发现某犯罪分子在某地几单元几楼 。 此时 , 二维的街道网格无法确定他的具体位置 , 就需要在竖直方向我们再画一个坐标轴 , 形成三维结构 。 因此 , 为了让图像更简洁 , 我们在二维的图中压缩了竖直的空间方向 。
所以 , 爱因斯坦大胆地猜测:当没有任何物质、能量存在时 , 空间应该是二维平直的 。 用二维模型来说 , 空间的形状应该是一张平面;据此 , 我们画出了宇宙的空间图像 。 如果二维图像中 , 出现了大质量的天体——比如太阳 , 又会发生什么呢?
在广义相对论提出之前 , 人们认为什么也不会发生 。 因为空间和时间被认为是两个互不相干的事物 。 但跟随爱因斯坦的思路 , 我们将得到一个截然不同的结果 。
因为引力定律 , 我们知道:大质量的天体对其他物体都有引力作用 , 而引力会导致加速运动 。 于是 , 爱因斯坦将引力、加速运动、弯曲空间结合在一起 , 得到了自己的结论:物质的存在 , 会导致周围的空间结构发生弯曲 。
这是广义相对论经常用到的一张图 , 平面放上了一个球体;因此 , 空间结构因物体的存在 , 而被迫发生扭曲、变形 。 根据这个结论 , 空间不仅是宇宙的舞台 , 空间的形状也是宇宙天体的真实反映 。
当太阳附近的天体 , 经过空间扭曲的位置时 , 这个位置也会影响天体的运动 。 比如 , 我们在平面上放置一个直线运动的滚动小珠;如果球体不在 , 珠子以直线运动 。 如果球体存在 , 平面被扭曲了 , 珠子就会改变运动方向 , 变成曲线运动 。
事实上 , 在忽略摩擦的情况下 , 小珠子以恰当的速度运动;它就变成沿着一条回归曲线绕中间球的运动 。 这就是进入球体轨道 , 也就是我们说的引力 。
太阳就像中间的球体 , 让周围的空间结构发生扭曲 。 而我们的地球就像那个小珠子 , 被迫卷入太阳的轨道 , 绕太阳进行永不停息的公转 。
根据牛顿的万有引力定律:地球受到这种影响 , 是因为太阳对地球引力的作用 。 爱因斯坦与牛顿的区别在于 , 他确立了引力传播的机制——空间扭曲 。 爱因斯坦认为:引力不是太阳的作用 , 而是太阳的存在导致的空间扭曲产生的 。
小编看来 , 上图可以帮大家轻松看懂引力的几个特征 。 第一:引力图像中 , 物体质量越大 , 产生的空间扭曲就会越强 。 这意味着它能作用于其他物体的引力也就越大 。
第二:距球体越远 , 平面的变形越小 。 这就代表:距离物体越远 , 空间扭曲越弱 , 引力作用越小 。 当然 , 小珠子也会让平面发生弯曲 , 尽管可能弯曲的比较小 。 所以 , 地球也会让相应的空间结构弯曲 , 不过会比太阳小很多 。
广义相对论认为:地球就是因为这个原因 , 才会让月球绕着地球运动 。 当然 , 每一个人和其他有质量的物体一样 , 都能使靠近身体的空间结构发生弯曲 , 不过 , 受限于质量 , 我们的身体只能引起一点点很小 , 不可查觉的波动罢了 。
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