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谁能给我解释一下弯曲的时空和物体的运动到底有什么关系

时间: 2022-10-14 22:03:11 | 来源: 喜蛋文章网 | 编辑: admin | 阅读: 113次

谁能给我解释一下弯曲的时空和物体的运动到底有什么关系

时空弯曲的爱因斯坦方程

所有理论都有自己的方程式。爱因斯坦引力场方程把时空变形的程度与引力源的性质和运动联系了起来,物质告诉时空必须如何弯曲,而时空告诉物质必须如何运动。爱因斯坦方程是极为复杂的,其中涉及的物理量不再只是力和加速度,而是还有距离和时间间隔。它们是张量,这种量的每一个都像一张有着多项条目的表格,包含着关于几何和物质的所有信息。
引力对物质的作用比电力更为复杂,从而需要有比标量(纯数)和矢量(有三个分量)更复杂的数学术语来进行描述。为认识这一点,我们可回顾在牛顿引力理论中只有物体的引力质量才是引力源,这个质量是由一个固着地联系于物体的纯数来表示的。在爱因斯坦理论中,引力质量只是与物体相联系的总引力量的一个分量。狭义相对论(它对于一个引力可看作均匀的小时空区域总是适用的)已经证明,所有形式的能量都与质量等价,从而都能产生引力。一个物体的能量是与观测者的相对运动有关的。对于一个静止物体,所有的能量都包括在它的“静质量”中(E=thC‘!);但物体一且运动,其动能就会产生质量,从而产生引力。要计算一个物体的引力效应,就必须把它的静止能量与描述其运动的“动量矢量”结合起来,这就是对引力源的完整描述需要使用“能量一动量张量”的缘故。
更有甚者,对时空中的每一点都需要20个数来描述其弯曲情况。时间和空间的几何变形因此需要有“曲率张量”(我们记得,曲率随着维数的增多变得越来越复杂)。爱因斯坦方程正是描述曲率张量与能量一动量张量之间的关系,把二者分别放在一个等式的两边:物质制造曲率,而曲率使物质运动。
并不试图详细讲述爱因斯坦方程。曲率张量和能量一动量张量的不同分量是如此紧密地相互联系着,以至于一般说来不可能找到方程的精确解,甚至不可能从整体上定义什么是空间,什么是时间。我们不得不把引力源加以理想化,才有可能算出一点什么来。有鉴于此,迄今已找到的解(描述着各种弯曲时空)大多与真实的时空毫不相干。在这个意义上,爱因斯坦方程的内涵是太丰富了,它允许无数个有着稀奇古怪性质的理论上的宇宙。
这种丰富性或许损害了爱因斯坦理论的可信性,但是,我们不要由此以为广义相对论只预言那些不可能观测或是超越人类理解力的东西。恰恰相反,爱因斯坦既是一位物理学家,也是一位哲学家,他试图描述我们的这个宇宙,并且从太阳系开始。运用他的方程的近似解,他首先计算出了太阳系里三个不能由牛顿引力定律得出而又可观测的引力效应:太阳附近光线的偏折,水星轨道的异常,引力场中电磁波频率的变小。
除此之外,还有一些自然界存在的情况,其中对引力源所作的简化被证明是完全合理的,相应得出的爱因斯坦方程精确解就能对宇宙的这一部分或那一部分给出很好的描述。看似奇怪的是,这种简化在两个极端的距离尺度上最富成效。我们能够计算真空中一个孤立物体所产生的引力场(也就是该物体周围的时空变形)。一颗恒星的周围区域(例如太阳系)或一个黑洞的附近,都能由这个解来很好地描述,因为这些情况的物质高度集中于一个小时空区域,周围近乎真空。在另一个极端,我们能够计算宇宙整体的平均引力场(宇宙的整体几何),因为在很大的尺度上物质是大致均匀地铺开的,星系就像是均匀的宇宙气体中的分子。广义相对论因而使我们能建立宇宙学,即研究宇宙整体的形状和演化。在相对论天体物理学于70年代出现之前,宇宙学是广义相对论真正得到应用的唯一领域,当然,是和黑洞一起。
广义相对论的第三个主要应用,即引力波,恐怕不得不等到对世纪。爱因斯坦方程在引力理论中的地位,相当于麦克斯韦方程之于电磁学。现在我们都知道电荷的加速产生电磁波,类似地,广义相对论预言引力源的运动也产生波,即曲率的起伏在弹性时空结构中以光速传播。

27为什么爱因斯坦说时空是弯曲的?看后才恍然大悟

谁能解释一下“时空弯曲”这个问题

“宇宙中物质和能量的分布引起时空弯曲和畸变,使之不再平坦。这个时空中的物体企图沿著直线运动,但是因为时空是弯曲的,它们的轨迹显得被弯折了。” 为什麼物质和能量引起时空弯曲不是很明白,谁能解释一下行吗?
时空弯曲
爱因斯坦狭义相对论中的内容,他解释了引力作用和加速度作用没有差别的原因。还解释了引力是如何和时空弯曲联系起来的,利用数学,爱因斯坦指出物体使周围空间、时间弯曲,在物体具有很大的相对质量(例如一颗恒星)时,这种弯曲可使从它旁边经过的任何其它事物,即使是光线,也改变路径。广义相对论指出,时空曲率将产生引力。当光线经过一些大质量的天体时,它的路线是弯曲的,这源于它沿着大质量物体所形成的时空曲率。因为黑洞是极大的质量的浓缩,它周围的时空非常弯曲,即使是光线也无法逃逸。

爱因斯坦的广义相对论认为,由于有物质的存在,空间和时间会发生弯曲,而引力场实际上是一个弯曲的时空。爱因斯坦用太阳引力使空间弯曲的理论,很好地解释了水星近日点进动中一直无法解释的43秒。广义相对论的第二大预言是引力红移,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。广义相对论的第三大预言是引力场使光线偏转,。最靠近地球的大引力场是太阳引力场,爱因斯坦预言,遥远的星光如果掠过太阳表面将会发生一点七秒的偏转。1919年,在英国天文学家爱丁顿的鼓动下,英国派出了两支远征队分赴两地观察日全食,经过认真的研究得出最后的结论是:星光在太阳附近的确发生了一点七秒的偏转。
双生子佯谬很好地描绘了狭义相对论时空的刚性结构如何使空间和时间由于观测者的运动而各自改变(收缩或延缓)。广义相对论则完全变革了我们的宇宙观,它断言引力会使整个时空变形。如果在一个给定点上直接的引力效应已被消除,我们仍能测量相邻两点之间的微分效应。在一个缆绳已断掉的电梯里,两个“自由”物体的轨迹在一级近似上是平行的,但实际上两条轨迹线将在6400公里远处的地心相交,因此两轨迹之间就有一个相对加速度(因为它们相互在靠近),对应着一个微分引力场。显示直接引力与微分引力之间区别的一个鲜明事例是海洋潮汐的幅度。虽然太阳对地球表面的直接引力比月亮的强180倍,太阳潮却比月亮潮弱得多。这是因为潮汐并不是由直接引力造成,而是由太阳和月亮对地球上不同点的引力的差异造成。对月亮来说这种差异是6%,而对太阳则只有1.7%。牛顿理论把微分引力效应称作潮汐力。在太阳系里潮汐力是很弱的,而黑洞所产生的潮汐力却能把整个恒星撕碎。然而对广义相对论来说,用潮汐力来描述微分引力是完全多余的,因为这不是一种力学效应而纯粹是一种几何效应。为理解这一点,且看两只开始时沿平行路线滚动且相隔不远的高尔夫球。如果地面完全平坦,它们的轨迹将保持平行,否则它们的相对位置就会改变,一个鼓包会使它们离远,一个凹坑则会使它们靠拢。在宇宙高尔夫球场里,微分引力可以用时空“场地”的弯曲来表示。而且,由于引力总是吸引,这种弯曲就总是凹下而不是隆起。因此,时空弯曲的深刻含义是指由等效原理所造就的引力与几何之间的联系。物体不是在引力迫使下在“平直”时空中运动,而是沿着弯曲时空的恒值线自由地行进

引力和时空弯曲之间有着什么样的关系?

引力和时空弯曲在某种意义上来说等同于相同的概念,引力作为四大基本作用力之一被牛顿发现。先不说故事真假,牛顿认为苹果熟透落在地面之上和月球“漂浮”在天空之上的力是相同性质的力,也就是万有引力。牛顿也给出了引力的计算公式,大家最早接触这个公式是在高中的物理课堂之上,引力和两个物体之间的距离平方成反比,物体乘积成正比,再乘上引力常数就是引力的计算公式

但是牛顿并没有从本质上解释引力,牛顿认为时空是绝对的,引力是超距作用的。怎么理解这个超距作用?举一个简单的例子:日地系统地球在引力作用下绕着太阳公转,按照牛顿万有引力公式可以看到,如果太阳瞬间消失的话,那么地球就会瞬间失去引力的作用而脱离原有轨道。

这种超距作用可是爱因斯坦最不喜欢的,因为光速不变不可超越,目前的超光速被公认的只有宇宙膨胀速度和量子纠缠速度。爱因斯坦在1915年把引力加入自己的理论之中提出了广义相对论,其核心就是时空弯曲。爱因斯坦从本质上解释了引力,因为引力是时空弯曲的外在表现。因为质量和能量的存在会使时空发生弯曲,而物质就在这弯曲的时空中运动。简单的理解就是:质量高速时空如何弯曲,弯曲的时空高速质量如何运动。

在这里也就解释了通了引力和时空弯曲之间的关系,两种不同的说法而已。而广义相对论对于引力的解释更接近于其本质,用广义相对论研究水星进动问题比牛顿定律研究水星进动问题更接近于实际测量,但依然存在误差。

可以说爱因斯坦的相对论提出,几乎对牛顿定律的所有公式都进行了修正,在低速世界中牛顿定律都适用,但是高速世界中用牛顿定律计算的一些结果就会表现出较大误差。但是相对论和量子力学之间的不可调节,意味着很可能有新的理论来统一量子力学和相对论,使结果误差更小。

对于引力的解释量子力学也想着来插一手,我们看粒子物理标准模型中的这六十多种粒子,包含了物质的基本组成粒子,也包含了三大基本作用力的交换粒子,缺的是什么?量子力学中提出的引力子,希望从另外一个角度解释引力,但是数学过程太过于冗杂又不能自洽,并且也没有实际发现该粒子。

因此目前来讲广义相对论从时空弯曲的角度来诠释万有引力是最本质的。

引力和时空弯曲之间其实有很大的关系,因为有吸引力,所以时空才会弯曲,受到吸引力的影响,他们的关系就是吸引力,还是比较有魅力的,能够控制时空。
如果时空发生弯曲是可以把引力增大或者减小的,那么这样原来的时间值也会被时空弯曲改变,所以说这样的作用是特别的神奇。
引力的本质就是时空弯曲,引力和时空弯曲不是两个单独的个体,它们是相辅相成的。实际上,时空弯曲会产生引力。
目前来讲广义相对论从时空弯曲的角度来诠释万有引力是最本质的。而引力和时空弯曲之间其实又是对对独立的关系。

说明万有引力与空间弯曲的关系?

用比较通俗的语言~~ 在网上粘贴的不要~谢谢!
很有深度。。。
还要说浅一点。。。
哎~~有难度。。。
要说的话 就是。。。。。。。。。
根据霍金的《时间简史》,引力的产生可以看作是这样的: 放在平坦床面上的铅球使床面凹陷,周围质量小的小球由于床面的凹陷滚到铅球边上(就等于是受到了引力),在现实中,床面的凹陷就是时空的弯曲,它是由极大地大质量引起的。正如床上铅球越沉重,凹陷越厉害,周围的小球受到的力越大。 因而就可以得到结论:质量越大的物体,它使时空的弯曲程度就越大(正如凹陷的床面),因而质量大的物体产生的引力更大 以上是以二维空间为例,之所以我们不能发现三维空间的巨大床面,是因为我们自身就处在这个三维空间里,正如我们在三维空间里可以看到二维空间的床面,但生活在二维空间的人(假设真的有)自己是发现不了的。 归根结底,引力就是由于质量扭曲了时空,因而产生的一种力

如果说:平面的铅球使平面凹陷,周围的小球由于平面的凹陷而滚到铅球边上(就等于受到了引力)。可是这个“引力”是三维空间中垂直于二维平面的引力产生的。那么我可以认为:按照质量使得空间扭曲产生的引力是“垂直”于我们三维空间的第四维里的引力产生的。以此类推:每个维度里的引力都是由于更高维里的引力产生的。那么:按照霍金的理论我们的世界是10或11维的,那么10或11维中的引力是如何产生的呢?
有很多种猜测,主流猜测认为是重力造成的第四维空间的弯曲。正如你在题目中说的,空间的凹陷,使得有质量的物质在靠近时形成相互吸引的作用。而物质在引力作用下改变原有运动方式,正是体现了物质在空间凹陷中维持原有运动形式的性质。想要把这些问题探究个明白,我个人觉得,很困难,需要一定得物理和数学基础。至少少要修个物理学master出来才能看得懂那些天书似的公式吧。

不知道这样说 您能明白吗!?
网上直接贴还怕LZ不满意呢~
简单的说,恩,LZ的意思是指强引力引发周围空间扭曲是吗?
先说万有引力,我就以通俗的语言来说吧:万有引力也就是两个物质之间的相互作用,你可以想成你之所以站在地球上是因为地球对你的引力,远到月亮,太阳对你也有引力,之所以你没有被“引”到太阳上去烤死原因是它的引力还不足以做到那一点,如果到那一步,也就相当于地球和你一起被“引”过去了。也就是说,不管你是否察觉,只要是物质之间,就有引力。

再说空间弯曲,根据非经典物理学,空间弯曲可以理解成(未证实也非现实)空间被分成两层,一个球(随便你想成什么),它悬浮在两层液体之间,也可以说是他浮在下层液体之上,悬在下层液体之下,两层液体之间本身是平的,而有了这个球体,他们周围就扭曲了,这就是相对论。

现在结合万有引力与空间弯曲,你可以想象成是一个漩涡(想不来就到水池放满水然后排水= =#),想想成一个不旋转的漩涡(“漩涡”是又那个“球”造成的下压面)当一个比“球”小很多的物体靠近时,你会发现越近被拉的速度越快,这就是简单的吧你的论点结合起来,结论就是引力与空间的联系,不论质量大小,都存在着空间扭曲。当然,中子星(排除黑洞,黑洞的引力过大,不足以证明空间扭曲)之类的大质量星体,当光从它的引力场路过时都会发生弧度偏转,这就是大质量造成大引力引发大扭曲的概念。

OVER,类似图片附送张http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d1/GPB_circling_earth.jpg
说句老实话,我很佩服爱因斯坦的想象力,但并不欣赏他的宇宙观,包括时空弯曲理论,我总觉得他的狭义相对论比广义相对论要好得多[严谨性]。
通俗地讲,时空弯曲的原因就是万有引力造成的,证明时空弯曲的一个最著名的例子就是发生日全食的时侯,掠过太阳表面的星光会发生偏转,也就是说光线被太阳所吸引而引起微小偏转,爱因斯坦认为这就是时空弯曲,而且引力越大,时空弯曲越显著。
这样就把很平常的牛顿力学问题复杂化了,经典力学原理告诉我们,力作用于物体可以产生加速度[在运动方向上有力的贡献时],也可以改变运动方向[在运动方向的垂直方向上有力的贡献时],时空是一个均匀的连续统,是由于物质运动而产生的一种与人的意念紧密联系在一起的抽象形式的客观存在。正是由于物质的运动,才使得我们感觉到时间[先后顺序]和空间[远近距离]的存在。如果没有物质运动,时空就失去了意义。
关于引力的来源,我的观点如下,不一定正确,但愿与你分享.
我们知道,一个物体这所以会围绕某个焦点做旋转运动,是因为它时时受到一个可以改变它运动方向的向心力作用的结果,地球绕太阳公转就是这样。至于一个自转的物体,如果我们对它进行分解,把它看成是由许多围绕中心旋转的更小物体堆积构成的,我们就会发现,物体的自转,也受的向心力控制。
自转和公转的物体这个向心力是什么?哪里来?这个向心力就是万有引力,它来自有质量物体之间和相互作用。
物体的万有引力总是指向物体的内心奇点,这是为什么呢?我们可以这样想象,我们生活的这个宇宙,其实只不过是一杯浑浊的溶液。物体是杂质,时空是能够流动的“水”。在这个时空杯里,有一张过滤网,过滤网上有小孔,这小孔就存在于每个有质量的物体的内心。小孔只允许时空(水)透过,但不允许物体(杂质)透过。过滤网上的小孔少,时空透过的速度就慢,物体所表现出来的引力就小,过滤网上的小孔多,时空透过的速度就快,物体所表现出来的引力就大。大质量物体对小质量物体的引力,是小质量物体周围的时空以一定的速度流动,在做大质量物体的向心运动,不断地透过大物体的内心过滤网离去,而小质量物体却不能随着其周围的时空以相同的速度流动时所产生的力,这个力其实就是时空流动对小质量物体的推压和拽拉力,力的大小跟小质量物体周围时空离去的相对速度成正比。当小质量物体随着其周围的时空以相同的速度流动时,这个力是感觉不到的,也不存在。
如果你接受了时空能像水一个流动的结论,你将会发现,物质并不是固有的,它是一些时空在同时受到几个的流动方向影响而产生的。并且,物质的质量及其引力也都是时空的流动的结果。
物质的成因,是一些时空在流动过程中受到向心速度和离心速度的共同作用及多种因素的影响,不断的改变流动方向而打起了旋转,就如同地球上的旋风一样,成了螺旋时空或环流时空。在极小区域内形成的旋转时空,由于转向、转速、周期及多种旋转样式的互相重叠组合等等的不同,便形成了不同种类的基本粒子(或稍大一些的物质),使时空形成浑浊,而这些浑浊的时空在过滤网中渗流,基本粒子(或稍大一些的物质)就会被过滤网阻挡,在过滤网上凝集,成为物体。在稍大或更大区域内形成旋转的时空,会使其中已经形成的物体旋转起来,成为自转或公转。这也就是为什么大到星系小到基本粒子,都在自转或公转的原因了。至于物体的质量,也跟物体的引力一样,都不是物体本身所固有的,而是由物体内部的过滤网所决定的。在单位时间内,渗流通过物体过滤网的时空越多,物体的质量就会越大。在单位时间内,一个物体在一定量的时空中运动穿行,等效于这一定量的时空在这一单位时间内渗流过了该物体的过滤网,这也就是为什么物体运动速度越快,质量就会越大的原因了。
如此看来,宇宙中最的基本东西并不是物质,而是能量可以流动的时空,时空在能量的作用下发生了流动并打起了旋转,才会形成物质。科学界现在还无法找到不自旋基本粒子,这就是很好的说明。
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楼主的问题本身就有不严密的地方,楼主慢慢看我写的。

果冻楼主吃过吗?
假设有一块果冻,有书桌那么大(先别急着吃),楼主拿个玻璃弹珠,放果冻上,弹珠附近的果冻会凹陷下去(显而易见的),物理学家的行话就叫“弯曲”。这就是三维空间(即果冻的长宽高)发生的弯曲。

现在,把玻璃珠换成大质量的天体(注意是大质量),比方太阳,再把果冻换成宇宙时空(注意是时空,即长宽高+时间,是四维的),按果冻的那个例子类推,宇宙时空也发生了弯曲。

需要注意的是,果冻那个例子中是三维弯曲,而真实的宇宙包含四维,是时空的弯曲。不过以果冻打比方相信楼主能懂。

说个题外话,就是开头说的楼主的提问不严密的问题。万有引力应该是经典物理里的概念,就是牛顿牛老的说法,地球绕太阳转是因为万有引力。而根据爱因斯坦的相对论,是因为太阳这个大质量天体(我前面举的例子中强调过大质量)把宇宙时空弯曲了,地球只是在这个四维的弯曲时空上运动而已,不存在什么吸引力,只是地球能走的那条“路”被弯曲了。
概括一句就是:
大质量物体使时空弯曲,于是地球绕太阳转。但一小撮不明真相的群众假象有一个万有引力,是这引力造成地球绕太阳的这一现象。

楼主明白?
文章标题: 谁能给我解释一下弯曲的时空和物体的运动到底有什么关系
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