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怎样直观认识时空曲率问题,怎样直观认识时空曲率变化

广义相对论是一种表述吸引力是通过时空弯曲造成理论。也就是说,理论批评物件降落是由于他们生活在一个时空中,在这样一个时空中几何形状在没有任何4 力的情形下使途径不会再挺直。

假如这话使你疑惑,不要担心 。正在看完此文后,你将掌握时空折射率究竟是如何造成物件从高空坠落。但首先我们要必须谈一谈时空在牛顿力学中是怎样运转的。

传统时空

时空特别简单,其实只是由一个空间轴和一个时间线组成——我不相信爱情。千万不要被“伪黎曼流形”的各类神密叙述和繁琐的文本所欺骗。在牛顿力学中,我们一般水准制作时间线,竖直制作空间轴,但考虑到种种原因,大家在广义相对论中互相交换二者。

在本文,我们将要应用竖轴表示时间。时空仅仅追踪物理学目标怎样随着时间和空间移动。以稳定速率健身运动物体将于时空中勾勒一条直线。

看一下深蓝色小人,随着时间推移,假如他一直在同一个部位,这也就意味着他没挪动。假如他处在运动情况,那在时空轴上便会往右边挪动(鲜红色)。假如底线都是笔直的,则意味着她在均速挪动。

上边提到奸险小人要在恒定着。可是假如他已经加速会有什么?一个加速物体将于时空中跟踪一条弯曲的路线,因为它不再以稳定的速度挪动。

所以目前要我详细介绍测地线这个概念。测地线仅仅某类样子中最为笔直的很有可能途径。因为人的时空是平整的,因此最笔直的很有可能途径便是一条直线。这就意味着红色和蓝色在测地线上挪动,而淡黄色则不同。我们都知道(在平整时空中)力会让事情偏移测地线,由于力也会导致时空途径从平整(稳速)变成弯曲(加速)。

并没有力量的颗粒被称作自由粒子,而降落苹果并不是平整时空里的自由粒子,由于它正在加速。

广义相对论里的时空

事实上,经典力学中有关时空的最基本观念在广义相对论中依然适用于,仅仅我们应该措辞更加谨慎。很多人试图用作出令人困惑的阐述来描述广义相对论,比如“降落苹果其实在弯曲时空是以匀速直线运动,因而他们事实上并没加速”。

如果你以怪异的方法界定一些事情,则此阐述正确,但这种词汇的一般含意中绝不是正确。时空弯曲不该使我们舍弃常识问题阐述,例如如果你从手上松掉苹果公司时,苹果公司其实会掉下去。

再来说说红色和蓝色。如今使我们想象一下弯曲这一时空它们运动轨迹会有什么转变?

当室内空间弯曲时,物件会转为

我们能清晰地看到他们目前是弯曲的。弯曲的运动轨迹代表着你将加速,因而他们如今无疑是加速情况。一起来看看蓝色运动轨迹,他目前是静息状态,但深蓝色运动轨迹是弯曲的。假如他转为右侧,大家就能看到(鲜红色)他正在向坐落于数据图表东北地区某点某个新点挪动,像被什么深深吸引一样。广义相对论中这类诱惑力的另一个名字叫作用力。

希望你如今搞清楚广义相对论的最基本关键点(时空折射率造成物件降落)如今看似简单得多。可是还有更多剖析应该做。

例如蓝色和红色的运动轨迹依旧是弯曲时空里最笔直的途径,但是它们再也不是平行线。毕竟在弯曲时空的表面很难有一条直线。但是,它们运动轨迹依旧是测地线,因为它是很笔直的很有可能途径。比如,在黑板上画一条线,如今弯曲那一张纸那条线就变成了弯曲的啦。

红色和蓝色并没偏移一切测地线,因为它仍在测地线上挪动。这好像代表着没有力的作用在它们的身上,那样他们是怎样加速的?

这也是为什么我们要再度留意用语。大家仍然能够说是一个力的作用在它们的身上,这一极是由时空折射率所引起的,因为它已经加速(而且 F=ma)。

从这一意义上讲,力并不一定是使事情偏移测地线。或是我们可以把力彻底改变为务必偏移测地线的东西了,随后加速度便是偏移测地线的东西了多与少(更多误差=更多加速度)。

假如我们以这样的方式彻底改变力及加速度,我们可以说红色和蓝色不会再加速,它们净力依然为 0。但是同样,在各种专业术语中应用力及加速度和大家方式不同以前用过他们,但广义相对论中我们一般那样讨论他们。

是什么原因导致时空弯曲?

你可能之前看到过爱因斯坦场方程。

爱因斯坦场方程z

你可能还听过动能是造成时空弯曲的主要原因,由于式子右边意味着动能,左边意味着折射率,因而非零动能代表着非零折射率。虽然这个看上去很简易,可事实上是错误的。

尽管时空非常简单,但是它的动力学模型很有可能至关重要。事实上,即便右侧的动能项(称之为地应力-动能偏微分)为 0,大家仍然能够在时空中获取非零折射率。主要是因为左边并没严格告诫我们时空的折射率。

事实上对你说时空折射率是指所谓黎曼折射率偏微分,它并未明确出现在了爱因斯坦场方程中。地应力能偏微分为 0 的时空最著名的例子是施瓦兹时空和拉斯时空。

总而言之,弯曲时空造成物件跌落,因为它使测地线弯曲。你可能之前就了解这一点,可是(最少对我来说)亲眼看见他会有一定的帮助。很多的事情我们并没有在本文讲解。事实上,存有广义相对论的取代公式计算,在其中吸引力被简单的视作平整时空上的另一种力,而不是靠弯曲时空自身来表示。

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