天才一秒记住【热天中文网】地址:https://www.rtzw.net
时空的弯曲一般比球面的弯曲更加不规则,但基本原理是相同的。
就引力的效应而言,爱因斯坦新理论中的主要效应和牛顿在两百多年前得出的定律非常相似。
它们的区别在于,现在引力的定律伴随着对时间和空间的全新理解。
同时,新的引力理论也预测了各种微小的、精细的效应(后面几章会详细讨论这些内容)。
现在,让我们来思考这些新理论在现实世界中意味着什么。
假设一名跳伞运动员从飞机上跳下,自由下落的同时受到空气阻力。
根据爱因斯坦的理论,这名跳伞运动员的轨迹是地球附近弯曲时空中的最直路线。
从跳伞运动员的视角看来,这十分自然。
如果不考虑空气持续作用在她身上的力,她应该和太空中的宇航员一样有失重感。
我们认为跳伞运动员在加速运动,仅仅是由于我们习惯把地球表面当成参考系。
如果放弃这个习惯,我们就没有理由认为她在加速。
现在,假设你站在地上观察这个正在下落的勇敢者,通常情况下你的直觉会认为你是静止的,但这是因为我们再次盲从于习惯,把地球当成了判决物体是运动还是静止的仲裁者。
从这个圈子里跳出来吧!这样你就会意识到其实你正在加速。
你会感到脚下有一个将你向上推的力,就像是站在加速上升的电梯里那样。
在爱因斯坦理论的图像中,你站在地球上和你站在加速上升的电梯里没有区别[3],因为两种情况中你都是在加速向上。
后一种情况下是电梯导致你加速;前一种情况则是硬邦邦的地球把你从时空中“推上去”
,让你偏离自由下落的轨迹。
地球可以在维持自身形状的同时使其表面任何地点的物体加速上升,这是因为它周围的时空是弯曲的而非平直的。
当我们的观点发生转变后,引力的本质就很清楚了。
跳伞运动员落向地球,是因为她身边的时空是弯曲的,而不是有什么力在拽她下去,这只是她在弯曲时空中的自然运动。
另一方面,作为站在地上的人,你能感受到脚底的压力,正是因为坚硬的地球在把你向上推。
并不存在什么外力把你拉向地球,只有使地球保持固态的静电力在你脚底作怪,
它阻止你做自然运动(也就是自由下落)。
如果我们不再拘泥于拿地球表面的相对运动做参考系定义我们的运动,我们就能意识到跳伞运动员并没有加速,相反,加速的是地球表面。
回想一下伽利略的比萨斜塔实验,现在我们就能理解为什么他看到所有的炮弹都以相同的加速度下落了。
并不是炮弹加速远离伽利略,而是伽利略自己在加速远离炮弹!如果我把很多个静止物体分开放置,然后自己加速远离它们,那么我也不会惊讶于远离它们的加速度都是一样的——伽利略和他的炮弹也是这个道理。
有些人会认为这种描述显然非常优美,另一些人则会由于爱因斯坦理论可以被实验证实而觉得它异常迷人。
这些实验包括从行星运动的微扰到太阳周围的光线弯折等等。
我们将在之后的几章里探索这些激动人心的现象。
不过,我们要一直牢记:是时空的弯曲导致了这一切。
[1] 这一年份存疑。
即使是传说,比萨斜塔实验也应该是1590年左右。
[2] 实际上,这个故事仅仅是传说,更合理的说法是:他利用铁球从斜面上滚下来得到了结论。
[3] 这一般被称为“等效原理”
。
本章未完,请点击下一章继续阅读!若浏览器显示没有新章节了,请尝试点击右上角↗️或右下角↘️的菜单,退出阅读模式即可,谢谢!