在相对论中引力是质量扭曲空间形成,那么爱因斯坦是如何想出此观点的呢?
在相对论中引力是质量扭曲空间形成,那么爱因斯坦是如何想出此观点的呢?
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这个一两句话是没有办法说清楚的,因为爱因斯坦自己对这方面发表过的谈话也不多,总体来说,爱因斯坦自己说过一句与这个问题相关的话:“那一天我坐在伯尔尼专利局的桌子上,我遇见了一生中最快乐的思想——等效原理”。
当时爱因斯坦遇见的问题是狭义相对论下距离不是一个不变量(不同的惯性参考系看地球与月球之间的距离是不同的),而万有引力的计算依赖于距离。于是,万有引力与狭义相对论有矛盾。
那么,应该怎么改造牛顿万有引力呢?
爱因斯坦认为应该从等效原理出发来改造。
等效原理说的是:一个自由下落的电梯里的人是感觉不到引力的。
什么意思?
也就是说,引力是可以消失的。
那么,问题来了,引力在什么情况下消失?
答案是:在失重的时候,也就是在自由下落的时候。
那么好了,爱因斯坦找到了关键点,他写出了引力场中物体下落的牛顿第二定律所对应的那个二阶微分方程。
然后呢?
他的同学格罗斯曼告诉他:也许微分几何对爱因斯坦有帮助。
也许,爱因斯坦看了微分几何的书。
他发现,微分几何中的测地线方程与引力场中物体下落的牛顿第二定律所对应的那个二阶微分方程形式上很像,只要把测地线方程中的克里氏多夫符号换成牛顿第二定律所对应的那个二阶微分方程中的引力项就可以了。
于是,爱因斯坦认为:克里氏多夫符号就是万有引力。
借助这个思想,爱因斯坦把引力与空间弯曲联系起来了。因为克里氏多夫符号可以推出描述空间弯曲的黎曼张量。
我大致先给你解释这么多,具体请参考清华大学出版社出版的《日出:量子力学与相对论》一书。
2017-08-19 17:49:35 -
空间会弯曲,这么疯狂的事,是爱因斯坦想出来的吗?为什么我们要相信他?
空间会弯曲,并不是爱因斯坦想出来的,是爱因斯坦计算出来的,也可以说是广义相对论的合理推论,之所以要相信他,是因为观测到了空间弯曲产生的效应。
空间是一种容纳万物的容器,里面什么都没有,纯粹是虚无。而且光可以在空间中任意传播而不受到影响,这就是我们通常理解的空间,对于一般的人来说空间是透明的。

当然在地球上面空间里面充满了大气,按照冯卡门线,地球大气层和宇宙空间的界面,在距离地表100公里的地方。
所以阳光照射到我们,我们看到的阳光是经过大气层吸收折射以后的,所以只有真空能够算得上是纯空间。
阳光经过大气层吸收以后,大气层会散射阳光中的蓝光、绿光,所以天空是蔚蓝色的,但是出了大气层以后真空就是绝对黑色的,因为它不散射光线。
所以这样的一种看不见也摸不着的东西,我们怎么能够说它弯曲或者是平直呢?
我们说天空是蓝的,真空是黑的,都是因为我们对光线的观测和测量。

所以我们承认爱因斯坦的观点~空间是可弯的,也离不开对光线的观测和测量,因为光是万物一切的极限,人类是被光锁定的。
在爱因斯坦发展出广义相对论之前,空间是弯曲的还是平直的,只存在于纯粹的数学概念里面。
平直空间又被称为欧几里得空间,平直空间里面存在着永远不相交的平行线。
后来黎曼等数学家发展出了非欧几里得空间,在这些空间中没有平行线。

如果从数学上讲,两者都是存在的,因为平行线公理没有办法被证明,所以它只能是世界存在的前提。
但是,对应于我们物理世界就会出现问题。
在地球上我们可以打上网格,形成经纬度 ,所以一个具体存在的球面可以网格化。但是空间没有办法打上网格,要知道它是弯曲的还是直的,就是观测某种运动的效应。

这和广义相对论的推导过程有关,爱因斯坦推导出广义相对论,依赖于一个物理上的基本原理,叫做等效原理。
所谓的等效原理是说引力场的局部等价于做加速运动的惯性系。地球围绕着太阳运行的圆周运动,就是一种加速运动,只是加速度的分量在任何时候都垂直于法向速度。
光不仅是速度的极限,也是万物存在的底层物质。
组成我们身体的各种原子、分子之所以不散架,就是因为有电磁力的作用,而电磁力的传播粒子就是光子。

所以,人类认知的物理世界,不能违背人类自身存在的基础。
我们对空间的认识,也依赖于光线在空间中的传播方式。如果光线在空间中的传播是以弯曲方式进行的,那么空间就是弯的。
所以空间之所以会弯曲,是人类对空间的光学测量。
我们知道在平直坐标系中两点之间的距离S,等于X平方加上Y平方的1/2次方。

如果在非平直坐标系中距离就不能这么算,必须加上一个系数。
当然在平直坐标系中这个系数是隐含的,因为我们一般不提到它,实际上这个系数就是一。
除此以外,在平直坐标系中三角形的内角和是180度。但是在弯曲的空间中内角和要么大于180度,比如说在地球球面上;要么小于180度,比如说在球的内球面。
按照广义相对论的推论,光线在空中飞行的时候会弯曲。
要检验空间是否真的会弯曲,就要验证光在真空中飞行是否会弯曲。

当月亮遮挡住太阳的时候,就会出现日食,这个时候隐藏在太阳背后星光发出来的光线,经过太阳引力场的时候,就会出现一个偏执的角度,原来我们看不到的星星就会被看到。
这个实验测量出来的光线在引力场中的偏折角度和广义相对论计算的一模一样,所以广义相对论才成为人类物理学中最伟大的理论之一。
遥远的星系因为有庞大的质量,产生的引力能够让背后的一些星系图像弯成环形,这些环就被称为爱因斯坦环。

所以,对于人类来说空间弯曲是真实存在的。
广义相对论是在狭义相对论正确的前提下推导出来的,所以空间的弯曲速度也必须服从光速限制。
假如太阳突然消失了,那么地球仍然会在原来的轨道上绕着那个消失的地方运行8分钟,然后才会成直线飞走。
空间弯曲在宇宙中的传播速度是光速,所以会像波浪那样扩散,这就是所谓的引力波。

在引力波扩散的地方会对空间产生扰动,这种扰动会让光产生极其微小的偏差,如果能够记录这种偏差,就能测量引力波和引力的传播速度。
测量引力波的装置叫做激光干涉引力波天文台。它是两个相互垂直的,抽成真空的长管道,有激光在里面通过镜面反射,只要空间稍微产生一丁点的弯曲,激光反射以后的路径就会改变,这时候我们就能测到空间的波动。

但是引力是一种非常弱的力,所以引力波也非常的弱,探测的精度需要达到一个质子直径的1/1000。
万物都可以产生引力,所以干扰也很多,在美国华盛顿和新泽西各有一台引力波天文台,要同时检测到引力波才能够确定一起引力波事件。
宇宙中发生的黑洞合并事件就会向空间释放出能量巨大的引力波,这些引力波扩散到地球上,会被引力波天文台所记录,我们就知道黑洞进行了合并。

13亿光年外的两个大黑洞合并以后释放出了高达三个太阳质量的引力波,经过了13亿年的旅行,在2015年9月14日扫过地球,被引力波天文台探测到。
这是人类第1次测量到引力波事件。
随后由于探测的精度越来越高,引力波天文台又发现了很多的引力波事件,所以空间会弯曲产生引力波,是板上钉钉的事实。
正因为空间是可以弯曲的,所以科学家们想象存在一种特殊的装置可以给飞船驱动,这就是曲率飞行。
曲率飞行实际上就是在飞船前进的方向制造一个空间弯曲,这个空间弯曲就相当于一个坑一样,飞船就自动往那个坑里掉,飞船一边往坑里掉,然后一边制造这个坑,飞船就往前前进了。

这也相当于我们骑自行车,如果不用脚踏,可以用一个锄头在前轮前面挖坑,然后自行车就会朝前进,前进的速度取决于挖坑的速度。
正因为空间的弯曲速度是光速,所以即使飞船采用曲率航行也无法超光速。
至于为什么质量会让空间产生弯曲,并且产生引力效应,没人知道。物理学只回答是什么,不回答为什么。
2021-10-13 23:10:44 -
物体的质量会产生引力埸,大质量的物质的强大的引力埸更容易观察推量,运动中光子产生质量,在通过大质量天体时人们观察到了因引力产生的空间扭曲。
2023-06-11 12:31:38 -
引力是有质量物体的天然属性,是唯一能影响时空曲率的一种物质本性。质量越大,这种属性表现的越明显。但是,爱因斯坦说质量扭曲空间,那么为什么质量会扭曲空间呢?因此这种说法目前仍无解。刚出生的婴儿为什么会吮吸奶嘴儿,将会产生十万个为什么,答案也是无止境的,所有的问题和答案链接在一起,最终你会发现,是一个循环往复的环形链条。
2017-08-20 12:03:42 -
牛顿力学中有一条重要的原理:物体在不受外力作用时保持静止或匀速直线运动。
2022-10-01 10:30:52 -
引力其有好多种吧?
2023-05-24 21:51:28 -
牛顿力学中有一条重要的原理:物体在不受外力作用时保持静止或匀速直线运动。
2022-10-01 10:30:52 -
引力其有好多种吧?
2023-05-24 21:51:28 -
从我所知道的来看,爱因斯坦时空观应该来自马赫。光量子思想来自普朗克。
另外,爱因斯坦通过把引力场性质与加速度场联系起来,进一步得到了其广义相对论的时空观。
其实量子力学的时空观,也是表象集理论,即事物的本质只能由其表象来认识,只能存在其表象集生成的“几何空间”。也类似广义相对论的时空几何思想。
我们将原子的量子干涉图样-----原子能级,由一组表象函数-----拉盖尔级数展开。将直缝(可以是任何形状,任何路径)量子光栅形成的量子干涉图样-----光谱,由一组表象函数-----抽样函数展开。
可以说,任何物理实在,在开放空间,约束下运动(没有不受约束的物理实在),它将占满所有可能路径,需要由一组表象函数描述。
那么,将人脑细胞看做量子信号的约束,人的意识就是量子信号,在脑空间(或脑神经网络)下的,量子干涉图样及路径。人的经验正是存储在脑神经网络中的,一组表象函数。
那么,将人类社会的各种经济活动,如股市,看做是一种实在,它的运动同样是量子干涉方式,每只股票的体量,就是量子光栅的缝宽,它的涨幅变化,就是沃什函数集(经济上的表象函数集)的展开规律。这就是量子经济学基础。
其实还有一些非常抽象美的分形函数,具有在无限域上积为常数的特征,可以构造,人类艺术,可能包括情感或心理领域的表象集。
2017-08-20 15:41:26 -
相对论谬误在逻辑前提。前提一所有地方v=s/t;前提二所有参考系平权,光速恒定,不以参考系的选择而改变。若定义光速为光在真空中的速度,光速的参考系是限定为真空的,光速恒定不变。 若光的参考系不限定,不同参考系光速就会不同。如:以真空为参考系时,光速为c;以光自身为参考系时,光速是零。又如:一束光从远方传来,奔向光线的人会比待在原地的人更早看到光,请问光速相同吗?所以,要光速不变,参考系不能变;参考系变,光速变。
2022-09-06 07:15:55 -
这活儿是比萨斜塔扔东西的延续,只不过抛开地球只考虑同时下落两东西之间的关系,就像失控下落的电梯只考虑电梯和里面人的关系,爱因斯坦大概是坐电梯来着。
2017-10-10 18:37:14 -
爱因斯坦一生中最得意的思想是质能→时空曲率,爱因斯坦方程组可以写成如下形式:Rμν-1╱2gμνR=-8兀/c²GTμν,其中Rμv是收缩黎曼曲率张量,该方程的含义是表征质能含量的能量-动量张量决定超空间中总的弯曲程度。
2017-09-15 22:50:32