【第1课:广义相对论】欢迎阅读科学认识论的《通俗物理100课》系列,此系列旨在提高大众基础科学素养,共一百多篇文章,定期更新,涉及物理学各个方面,包括宇宙学,量子力学,相对论,弦论,以及各种前沿物理学知识。专业 通俗=《通俗物理100课》
今天我们系统讲一下广义相对论,从最基本的原理出发,彻底帮助你理解为什么时空是弯曲的。
引力是宇宙中最基本的现象,任何两个物体之间都会产生吸引力。
不管是苹果落地还是月球绕地球旋转,地球绕太阳旋转,引力都会迫使物体之间靠的更近。
可能很多人会认为,引力由物体的质量决定,物体的质量越大,吸引力就越大。
在牛顿理论中,你当然可以这样理解,因为牛顿力学可以很好地计算苹果落地的时间,行星绕太阳公转的数据。
但是事实上,引力并不是真正意义上的力。
举个例子,假设现在有一颗卫星要落向地面,如果引力是一种力的话,那么卫星就应该落向地球的中心,但是真实的情况确是:当卫星落向地面时,它的运动轨迹会随着地球的自转方向发生偏差。
还有一个例子,水星绕太阳的轨道会随着时间的推移以一定的速度改变方向。
如果引力是一种力的话,那么我们就能够极其精确地预测这种运动轨道的偏差。
但是牛顿的引力定律并不能很好地计算类似水星轨道偏差的现象。
所以我们就可以怀疑,引力就不是一种靠质量相互吸引的力,而是时空弯曲造成的假象。
广义相对论的最基础的思想来源就是等效原理。
现在想象一个宇宙空间,周围十几光年都没有任何星系,所以我们可以把其他星系的“引力”干扰忽略掉。
此时你在一个密闭的箱子里,你手里拿着一个小球。此时此刻你处于失重状态,如果你把手中的小球释放,会看到小球漂浮在原地。