x轴y轴哪个代表长宽,x轴y轴z轴w轴什么意思

首页 > 实用技巧 > 作者:YD1662023-05-11 08:44:45

简而言之,爱因斯坦意识到引力并不像人们说的那样神秘。它很像我们所习惯的一种普通的力。我们几乎每天都在使用它:开车去上班,到处跑,或者踢足球。这就是所谓的加速度。

爱因斯坦著名的电梯思想实验有助于说明这种联系。

想象一下,在地球上有一部不动的电梯,在太空某处有一部加速的电梯,以完全等同于重力的力量(9.8米/秒^2)向上行驶。如果这些电梯上没有任何窗户,你怎么能知道你是在太空电梯还是在地球电梯?

爱因斯坦给出的答案是:你不知道。

稍微修改一下,如果你必须弄清楚你是在一个没有窗户的电梯里,这个电梯在太空中没有移动,而在地球上有一个电梯正在下降,所以你正在经历失重?那你能做到吗?也不能。

在地球上有重力的情况下失重的感觉就像在我们通常认为的零重力的太空中失重一样。

这就是所谓的等价原理。

因此,爱因斯坦说,对 "重力 "唯一合理的解释是,它不是我们认为的那样。而且,不管它到底是什么,可能与加速度有关。

然后,经过很多的思考之后,他得出结论,重力根本不是一种力。它是物体相互作用的产物,同时向不同方向加速。

下面是思考爱因斯坦猜想的一种方式。事物不是把东西拉下来,而是把东西托起来。

你现在就在下降

如果一个球向悬崖滚去,牛顿会说这个球即将停止直线运动,因为重力会把它拉下来。对牛顿来说,球很快就会掉下悬崖,因为有一种难以捉摸的引力。

另一方面,爱因斯坦会说球一直在下降:只是我们只有在它经过悬崖边缘时才会注意到这种 "下降",因为那时候没有什么东西会再往上推,或加速。

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想象一下,拿着一个水杯。在某种程度上,这只玻璃杯不断地阻止水滴落到地上。你可能不会说这个杯子对水施加了一个无形的力量,把它拉下来。这是同样的想法。广义相对论只是将其进一步推进。

你现在就在下降。你只是看不出来,因为你所坐的椅子阻止了你到达地面。你房间的地板阻止了你和你的椅子到达地球。而字面意义上的地球正在阻止你、你的椅子和你的地板在空间中 "下降"。

爱因斯坦意识到,万物总是处于持续的、自然的自由落体中,然而有时这种自由落体会被打断。而这种中断,对我们来说,感觉就像重力的作用。

这一切都是相对的。

另外,你可能还在讨论关于地球阻止你在太空中下落的那部分。如果地球不在那里,我们不就会像国际空间站上的宇航员一样漂浮在空中吗?

这就把我们带到了广义相对论的第二部分。时空的类似"海洋状结构"重新定义了下落的概念。事情会变得很诡异。下一个思想实验可能看起来与我们刚刚讨论的内容无关,它将会是一个整体。

重力蹦床

想象一下一个蹦床。

如果我们把一个保龄球放到这个蹦床上,它就会滚到中间,使弹性材料向内翘起。现在想象一下,把一个弹珠放到这个弯曲的编织物上。它就会沿着曲线滚下去,粘在保龄球的一边。蹦床是时空结构,保龄球是地球,而弹珠是你。再一次,我把时空结构按维度缩小,因为我们无法真正概念化第四维。

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总之,根据爱因斯坦的说法,宇宙中任何有质量的东西都会扭曲时空,有点像保龄球扭曲蹦床。黑洞会使时空扭曲很多,地球会有一些扭曲,月球会有一些扭曲,甚至你也会有很小的扭曲。物体越大,翘曲度就越大。而翘曲越大,"引力"就越强。

现在想象一下,这幅图中的每条网格线都是一条有车的电缆线,其中有一些物品正在行驶。

这个物品总是沿着这条线 "下落"。如果把地球从这幅图中移走,电缆线将是直的,所以物品将沿着我们认为的 "前进 "方向移动。但是地球在那里,把电缆线向内凹陷,并把电缆线上的物体也带入其中。

因此,爱因斯坦说,如果太空中没有任何物体,理论上宇宙中唯一的物品将继续沿着没有扭曲的轨迹自由下落。但是宇宙中充满了物体。所以时空是完全扭曲的。而一切都沿着这些扭曲 "坠落"。即使是国际空间站的宇航员也在自由下落,因为他们是沿着某种引力扭曲的方向。

但如果你还不明白,美国物理学家约翰·惠勒曾经用12个字完美地解释了广义相对论。"时空告诉物质如何运动;物质告诉时空如何弯曲。"

你有了这12字的理解,你就明白了这就是广义相对论。但令人费解的事情并没有就此停止。

广义相对论的后果可以说比理论本身更加离奇。别忘了,时空网格是由时间组成的。

时间是一种幻觉

在克里斯托弗·诺兰2014年的电影《星际穿越》中,当马修·麦康纳演的角色库珀访问一个靠近黑洞的星球时,发生了非常奇怪的事情。

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"在这里每小时7年,"他说,然后退出他的航天器。这只是意味着在这个星球上每过一小时,地球上就会过去七年。果然,当库珀在探索了几个小时后回到地球时,已经过去了几十年。

所有这些剧情都是广义相对论的产物,而不是别的。或者更确切地说,是时间膨胀。

广义相对论的这个方面涉及到爱因斯坦也提出的一个更大的想法,即狭义相对论。我们不会对狭义相对论进行太深入的研究,但你需要知道的是,它说光总是以恒定的速度传播。不管是什么情况。

火车上的光以每小时64公里(40英里)的速度行驶,与飞机上的光以每小时800公里(500英里)的速度行驶是一样的,而这两者与来自银河系另一端的星星的光的速度是一样的。你可以想象,当你考虑到时空连续体时,这会导致一些奇怪的事情。

再想想蹦床。没有保龄球。假设要花10秒钟才能把一个弹珠滚到另一边。好吧,加上保龄球。蹦床现在被拉长了。在这个扭曲的蹦床上滚动一个弹珠,可能需要12秒,以考虑到新的面积。

通过这个比喻,你可能会看到较重的物体如何创造出更大的曲线,从而使物体的 "面积 "更大。但记得光的规则吗?光必须始终以恒定的速度行进,所以它不可能受到曲率的影响。

但是很明显,穿过时空扭曲的光比穿过空空间的光要穿越更长的距离。那么,如果不是速度,是什么变化呢?在摆弄了相对论方程之后,你得到的答案是:时间。

时间被改变了,以说明光速的不变性。

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