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按照爱因斯坦广义相对论的诠释,引力的本质就是时空弯曲。在上世纪初期,爱因斯坦通过广义相对论给出了引力的本质,并描述了时空,物质与运动之间的关系,这就是著名的爱因斯坦引力场方程:
简单说,方程的左边是时空弯曲情况,右边是物质及其运动情况,用一句话总结:物质告诉时空如何弯曲,而时空告诉物质如何运动!
广义相对论解释了牛顿万有引力的本质。虽然牛顿发现了万有引力定律,但他不知道为什么万物之间会有引力,直到爱因斯坦的出现,他异于常人的思维让广义相对论呼之欲出,彻底打破了人们的传统思维方式!
那么既然引力的本质是时空弯曲,也是时空弯曲的表象,为何多数时候我们仍用到万有引力定律而不是时空弯曲呢?为什么不用时空弯曲彻底代替引力呢?
万有引力可以看做时空弯曲的近似表达,而这个近似表达对于我们生活的世界来说已经足够精确,同时万有引力又非常简单,更容易理解和操作,如今科学家发射火箭等用万有引力定律已经足够精确了!
但万有引力并不能解释所有天体之间的作用问题,比如说水星的近日点进动问题,万有引力就解释不了,而广义相对论能完美的诠释!
而如今广义相对论已经被越来越多的科学家证实,很多种宇宙现象都完美地符合相对论的预测,而相对论也成为现代物理学的两大基石之一,另一个就是量子力学!
在弯曲的时空中,行星沿什么轨迹运动
跨越千万光年---时空扭曲真相分析
中国人都知道这么一句话--“洞中方七日,世上已千年”这个“洞”,是否可以看作是一个与世间进度不同的所在呢?就象一个人跨出一步,一只蚂蚁可能要走一天。那么差距就显现出来了。而实实上,60年前爱因斯坦就提出过一个理论:虫洞。
量子物理学中,宇宙不是一个球体,而是一个球面。我在大学学习电动力学和量子力学时,教授就不断的让我们想象二维球体(面才是二维,体才是三维),或者二维势阱。说道这里,大家可能会觉得很难想象,不想看下去了,ok,我来举个相近的例子吧。比如一个气球,我们不断吹气的话,它就会膨胀,那么如果气球上有一些斑点的话,这些斑点之间的距离一定是随着气球的膨胀而变大的。这就象我们宇宙的红移。 我们可以把每一个星球甚至星系看作是气球上的这些斑点。现代热力统计物理和天体物理都证实宇宙的确是在膨胀,从奇点爆炸开始,宇宙已经膨胀了几百亿年了。
大家也都知道,光年是个距离单位,可是如果将宏观普通世界拉大到光速世界的话,光年也可以作为世间单位,正是我们老祖宗在周易里首次提到的宇宙,或者说时空(时间和空间),呵呵,还是中国人的祖宗牛啊!
还记得我刚刚用人和蚂蚁举的例子吗?如果说普通的宏观世界(适用牛顿经典物理)是蚂蚁的话,那么光速世界就是那个和蚂蚁赛跑的人。大家可以想象,宇宙旅行动辄数十,上千光年,以宏观世界的速度是不可能的,就算是光速飞船都不可能。怎么办?
我们可以想像:时空是位于苹果的表面,为了联系苹果表面上的两个点,虫子从一点开始始咬,经过苹果果内部而到达另一点,这个洞穴可以说是连接时空相异两点的捷径。
大家还记得机器猫的方便门吧,就是那个东东。
早在20世纪50年代,已有科学家对“虫洞”作过研究,由于当时历史条件所限,一些物理学家认为,理论上也许可以使用“虫洞”,但“虫洞”的引力过大,会毁灭所有进入的东西,因此不可能用在宇宙航行上。
随着科学技术的发展,新的研究发现,“虫洞”的超强力场可以通过“负质量”来中和,达到稳定“虫洞”能量场的作用。科学家认为,相对于产生能量的“正物质”,“反物质”也拥有“负质量”,可以吸去周围所有能量。像“虫洞”一样,“负质量”也曾被认为只存在于理论之中。不过,目前世界上的许多实验室已经成功地证明了“负质量”能存在于现实世界,并且通过航天器在太空中捕捉到了微量的“负质量”。
据美国华盛顿大学物理系研究人员的计算,“负质量”可以用来控制“虫洞”。他们指出,“负质量”能扩大原本细小的“虫洞”,使它们足以让太空飞船穿过。他们的研究结果引起了各国航天部门的极大兴趣,许多国家已考虑拨款资助“虫洞”研究,希望“虫洞”能实际用在太空航行上。
宇航学家认为,“虫洞”的研究虽然刚刚起步,但是它潜在的回报,不容忽视。科学家认为,如果研究成功,人类可能需要重新估计自己在宇宙中的角色和位置。现在,人类被“困”在地球上,要航行到最近的一个星系,动辄需要数百年时间,是目前人类不可能办到的。但是,未来的太空航行如使用“虫洞”,那么一瞬间就能到达宇宙中遥远的地方。
据科学家观测,宇宙中充斥着数以百万计的“虫洞”,但很少有直径超过10万公里的,而这个宽度正是太空飞船安全航行的最低要求。“负质量”的发现为利用“虫洞”创造了新的契机,可以使用它去扩大和稳定细小的“虫洞”。
科学家指出,如果把“负质量”传送到“虫洞”中,把“虫洞”打开,并强化它的结构,使其稳定,就可以使太空飞船通过。
说了半天理论,大家可能也看烦了。
世界上很多灵异事件也不可避免的和时空扭曲有关。例子在网友文章里有很多,我就不列举了。宇宙的基本物质是夸克(目前所知),那么虫洞场的物质形态很可能就是夸可,人如果因为场的扭曲而进入虫洞:1,他绝对可以达到一个相当遥远的地方;2,他绝对可能经过相当长的岁月之后再出现;3,因为进出时分解为夸可(出来时重组)所以没有记忆。
时空曲率指的又是什么?会不会这个曲率无限大?
在弯曲的时空中,行星沿圆周轨迹运动。
弯曲时空(Flection timespace) 爱因斯坦的广义相对论认为,由于有物质的存在,物质和时间(时空)会发生弯曲,而引力场的存在实际上是造成一个时空弯曲的原因。爱因斯坦用太阳所产生的引力场使空间弯曲的理论,很好地解释了水星近日点进动中一直无法解释的43秒,以及光线经过太阳的偏折。广义相对论预言还引力红移,即在强引力场中光谱向红端移动,20年代,天文学家在天文观测中证实了这一点。
加进时间维度。无论对石块、子弹还是光子,在时空中量度的曲率半径都精确地相等,其值为1光年的星级。因此,更合理的说法是,时空轨道是“直”的,而时空本身被地心引力所弯曲,不受任何其他力的抛射体将沿测地线运动(等价于说沿弯曲几何中的直线运动)。
上面的例子表明时空是怎样在时间上弯曲得比在空间上厉害得多的。一旦所涉及的速度开始增大,时间曲率就变得重要。公路上凸起了一小块,只是空间曲率的一点小小不整齐,一个徒步慢行的人很难觉察到,但对一辆以120公里/小时的速度行驶的汽车来说却很危险,因为它造成时间维度上大得多的变化。
阿瑟·爱丁顿(Arthur Eddington)计算出,l吨的质量放在一个半径为5米的圆中心所造成的空间曲率改变,仅仅影响圆周与直径比值(即欧几里德几何中的…的小数点后第24位。
因此,要给时空造成可观的变化,就得有巨大的质量。地球表面的时空曲率半径如此之大(约1光年,即其自身半径的10亿倍)的事实说明地球的引力场,尽管给物体以98米/秒’的加速度,却是不够强的。对于地球附近的绝大多数物理实验,我们可以继续采用明可夫斯基时空和狭义相对论;欧几里德空间和牛顿力学在涉及的速度较小时也足够精确。
尽管局域地看来似乎平直,我们的宇宙实际上是被物质弄弯曲了。然而,弯曲效应变得明显仅仅是在高度集中的质量附近(例如黑洞),或者是在很大的尺度上(数百万光年,例如研究对象是由数千个星系组成的团)。发现的多重类星体是弯曲时空真实性的一个最好证据。一个遥远光源发出的光线沿不同路径穿过弯曲时空,使天文学家看到同一个天体的几个像柔软的光。
时空曲率是广义相对论中提出来的一个科学理论概念,时空曲率的曲率会无穷大,时空曲率的意义是,在质量越密集的地方,曲率就越大。同样的?广义相对论?表明,引力是由于时空曲率产生的。在物质质量密集并且不均匀的区域,将会使得经过其附近区域的光线或者时空弯曲。相反的,空间的弯曲会反作用影响穿越这个空间的物体的运动,例如,光线没有办法从黑洞中穿过。也就意味着,根据广义相对论,在引力场内,物质的性质由时空而决定,时空的性质由物质而决定。
爱因斯坦认为,要充分理解广义相对论,必须应用到时空曲率的概念,爱因斯坦认为引力需要归结于,时空曲率。但是如果真的需要用时空曲率来理解引力的概念的话,对于的人脑来说是无法想象的。在宇宙中,物质的质量不均匀性还有时空曲率的不均匀性。造成了真实宇宙的非线性。
并且在人类熟知的范围内,时空曲率必须是不断变化的。在宇宙中,想要探测一个物体的物质的运动轨迹,可以通过测量该物质的时空曲率,即可知道该物质的运动轨迹。广义相对论认为,宇宙中的天体的圆周运动是由于质量无穷的的太阳二造成的时空弯曲,于是其他天体会引起圆周运动。
万有引力和时空曲率的两个概念,既有他们的共性和相同之处,但是他们优势相对独立的两个概念。太阳系中太阳的质量占据了太阳系全部质量的百分之九十九,太阳对卫星的时空曲率远远地大于其他的行星对卫星而造成的时空曲率。广义相对论可以让时空弯曲的概念更加地精确,不会像其他理论的近似值一样模糊。
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