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十万个为什么|为什么引力会招致空间弯曲?

工夫:2018-10-16 17:24泉源:灼烁网进入论坛手机读报

  2017年10月16日,人类初次发明双中子星引力波。提及引力,你可晓得为什么引力会招致空间弯曲呢?

  万有引力是牛顿的巨大发明之一,万有引力定律表述为:任何两个物体都是互相吸引的。引力的偏向沿着两个物体之间的连线,引力的大小跟两个物体的质量乘积成反比,与它们的间隔平方成正比,比例系数叫作牛顿引力常数,大概叫万有引力常数。

  牛顿并没有报告我们万有引力有什么更深层的劈头,也便是说,牛顿以为万有引力是基真相互作用力。我们并不以为这有什么稀罕,比方,电磁力便是电磁力,也不行复原为越发基本的力。万有引力定律非常强盛,既可以表明地球上统统遭到地球吸引的物体的活动,也可以表明天体的活动,比方地球怎样绕太阳做椭圆活动,玉轮怎样绕地球做椭圆活动,还可以表明潮汐征象,可以表明银河系、星系团的布局和劈头。

  从牛顿到爱因斯坦之间的250年间,险些没有人猜疑过万有引力定律,也没有人想修正这个实际。那么,爱因斯坦为什么要修正万有引力定律?是他发明有什么征象万有引力定律表明不了?照旧有什么天体的活动纪律忽然偏离了万有引力定律?大概,爱因斯坦以为万有引力定律面前另有更深的物理缘故原由?

  开导爱因斯坦探求新的万有引力实际的动机有两个。第一个,他的广义绝对论某种意义上是麦克斯韦电磁实际必要的活动学。爱因斯坦广义绝对论的第一篇论文的标题便是《论动体的电动力学》,他想晓得差别惯性系之间电磁学活动方程之间的干系。他发明在广义绝对论中,麦克斯韦方程在差别的惯性系里的数学情势完全一样。固然,光速自己也是麦克斯韦方程的结论之一,以是光速稳定。因而后面提到的伽利略绝对性原理对付麦克斯韦方程是准确的。爱因斯坦将眼光转到万有引力上时,题目来了。牛顿的万有引力是瞬时力,万有引力定律不满意广义绝对论中的伽利略原理。如许,牛顿定律必需修正。

  第二个动机是,为什么惯性子量与引力质量有关?这两个质量的劈头完全差别。惯性子量在广义绝对论中等价于能量,而引力质量是牛顿为了表述万有引力定律引进的,纷歧定便是惯性子量。

  爱因斯坦以为,要将引力与广义绝对论联合起来,不行制止地要推行惯性原理。他花了好几年不停没有找到出路,终于有一天,他高兴地想到,惯性子量与引力质量相称是办理题目的要害。

  为什么这个简朴的想法是办理题目的要害?这是由于,要是引力质量与惯性子量完全相称,那么我们就会看到,在时空的一点相近全部的点粒子的加快度都是一样的。要是作为观察者的我们也有如许的加快度,那么依我们本身作为参照系,全部粒子都没有加快度,这不是一个局域的惯性系吗?在我这个自在下降的惯性系中,全部物理学定律和惯性系中完全一样。于是,我就可以原封不动地将惯性系中的物理学定律写上去。那么,在一个抵挡引力不做自在着落的坐标系中,物理学定律可以经过“翻译”自在着落的惯性系中的物理学定律失掉。

  由此,爱因斯坦想到弯曲多少的类比。取任何一个曲面,比方球面,在曲面上一个点的相近,曲面类似是平展的,这个“相近”范畴越小,多少就越平展。整个弯曲面的多少是有数这种平展的多少拼接成的,有点像足球,每一块缝制足球的五边形和六边形看上去并没那么弯,要是将这些小块皮做得更小一些,就更平了。如今,在引力场中,既然每个时空点相近都有部分惯性系,那么我们可以将有数部分惯性系“缝制”成一个弯曲时空。

  惯性系的确是平展的,由于凭据爱因斯坦的看法,在惯性系中,最要害的不再是空间间隔,而是“时空间隔”,这个时空间隔有某种相对意义,要是我们从一个惯性系转换到绝对匀速活动的另一个惯性系,这个“时空间隔”稳定,但空间间隔不再有相对意义。以是,爱因斯坦将弯曲空间推行为弯曲时空,他的场方程报告我们时空的弯曲与能量以及动量有关。

  我们很容易想象弯曲的曲面,这是由于我们可以在三维空间中间接看球面、环面等。固然,在数学实际中,数学家完全可以挣脱三维空间研讨曲面,只需给出曲面上的长度器量,曲面的性子就决议了。雷同两维曲面,我们可以想象三维弯曲空间,不用将三维弯曲空间放进四维空间或更高维空间中。空间弯曲,对付一个多少本领稍好的门生来说,并不难想象。末了,怎样想象弯曲的工夫空间?弯曲的工夫照旧好想象的,便是在差别的空间点,时钟走的快慢纷歧样。爱因斯坦的弯曲时空是当代万有引力实际。

  (文章泉源:http://kepu.gmw.cn/2018-10/16/content_31735333.htm

 

责任编辑:赵佐娜
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