空間為什么會彎曲,如何理解空間彎曲?
1、空間彎曲、時間延遲,聽起來似乎很奇妙。探討時空彎曲能令我們激發(fā)起好奇心和想象力。我們在驅(qū)車旅行時的導航就嘗試了時空彎曲的應(yīng)用成果。(由于空間和時間不可孤立,文中所用“時空”、“空間”、“時間”具相同概念)
今天,時空彎曲已經(jīng)得到了多方面的驗證,它與質(zhì)量的運動和分布密切相關(guān)。愛因斯坦認為,質(zhì)量在四維時空(3維空間+1維時間)中施加了影響。一條直線在大質(zhì)量物體(如恒星)的影響下會輕微地彎曲。那么沿直線運動的任何東西,比如一顆行星或一束光線,在大質(zhì)量物體的作用下,開始沿著彎曲的軌道移動(牛頓稱之為引力作用)。
愛因斯坦應(yīng)用思想實驗和數(shù)學方法,解釋了引力是如何與時空彎曲聯(lián)系起來的。他指出,物體使周圍空間、時間彎曲,在物體具有很大的相對質(zhì)量(如太陽)時,這種彎曲可使得從它旁邊經(jīng)過的任何其他事物,即使是光線,也改變路徑。這源于大質(zhì)量物體所形成的時空曲率。例如,黑洞是極大的質(zhì)量的濃縮,其周圍的時空曲率非常大,即使是光線也無法逃逸。
上世紀初,廣義相對論中提出的諸如四維幾何,質(zhì)量-能量和時空彎曲,引力場,水星軌道近日點進動等命題,如今這些都可用大質(zhì)量恒星附近的時空彎曲來解釋。
著名的愛因斯坦引力場方程是:
方程意味著左邊與右邊等效。左邊描述了時空的彎曲,而右邊描述了質(zhì)量的分布。如果改變質(zhì)量分布,那么時空的彎曲程度也會隨之改變。反之,如果改變時空曲率,質(zhì)量(物質(zhì))運動也會隨之改變。( 文章閱讀網(wǎng):www.sanwen.net )
引力場方程是時空與質(zhì)量的數(shù)學表達。美國物理學家惠勒(Wheeler)把方程翻譯成這樣的語言:“物質(zhì)告訴時空如何彎曲,時空告訴物質(zhì)如何運動。”
一個相對靜止的恒星可以造成周邊空間靜態(tài)彎曲;而最新探測到引力波則是空間彎曲的動態(tài)(振動)傳播。
1919年一次日全食期間,科學家成功地測定了一顆恒星的位置,觀測到了被時空曲率彎曲了傳播路線的星光,其偏折角度的大小與愛因斯坦的預言吻合。空間靜態(tài)彎曲的星光偏折預言被首次證實。
2015年9月14日,美國天文學家利用激光干涉觀測站LIGO,探測到了引力波的微小振動。這是外太空兩個黑洞碰撞合一,在歷經(jīng)了13億光年的旅程之后,其空間的波動漣漪以光速傳至地球,百年引力波預言被證實。引力對空間的扭曲是隨時間變化的,這個被命名為GW的引力波信號,在不到1秒的時間,把地球時空拉伸和壓縮了10^21分之一。
同時,廣義相對論還預言了引力紅移(時間彎曲)。我們既然討論時空彎曲,時間自然也會受到大質(zhì)量物體的影響,即越靠近大質(zhì)量物體(如恒星),時鐘就會走得越慢。換言之,在一個強引力環(huán)境中時間會變慢。
比如,在上海中心大廈632米高的頂上,其時鐘會走得更快一些。如果一束光從黃浦江船上射向樓頂,在樓頂?shù)娜丝磥砥洳ㄩL略長一些,理論上顏色偏紅一些(盡管量值微?。?。有人計算過,珠穆朗瑪峰上的時鐘要比海平面每年快1/秒。
哈佛大學曾于1959年實驗證實了愛因斯坦時間隨引力增強而變慢的預言(引力紅移預言)。這么看來,沒有什么是絕對的,包括時間的流逝。
如果我們的車載導航不考慮引力紅移的時間彎曲或者時間延遲效應(yīng),那么GPS系統(tǒng)將無法正常工作,因為衛(wèi)星遠離地球引力場,它的時間走得比地面快一些,汽車定位就會每小時偏離很多米。所以現(xiàn)代導航系統(tǒng)必須對時鐘輕微調(diào)節(jié)。
2、我現(xiàn)在坐在一個房子里,水泥結(jié)構(gòu)所包裹的空間,就是空間。空間從一開始,就不能和物質(zhì)脫離。有任何一丁點物質(zhì)的存在,就證明了空間存在。
反過來,有任何一點空間存在,就一定要有物質(zhì)的存在。物質(zhì)和空間其實本質(zhì)是一體的東西!
這與宇宙最初的模型是什么樣,毫無關(guān)系。物質(zhì)守恒定律如果是一條真理,那么物質(zhì)和空間就是永久的東西。所以我一直相信宇宙是無始無終的。這也是為什么反對宇宙起源于大爆炸的理論。
看過我前面章節(jié)內(nèi)容的人,肯定會這樣問我:“你前面說,引力不是由時空彎曲產(chǎn)生的,而是要從物質(zhì)本身去尋找答案。那么現(xiàn)在又說物質(zhì)與空間是一體的東西。那么愛氏的理論錯在哪了?”
首先是這樣的,在愛氏的理論驗證試驗中,有“尺縮鐘慢”效應(yīng)?!俺呖s鐘慢”就恰恰印證了物質(zhì)和空間是一體的,也證明了時空相對性,時空可以彎曲的理論。絕對時空的概念才成為過去時。
我相信在這里大家跟我一樣,很難想象空間是如何彎曲的?我可以舉一個這樣的例子??臻g肯定是物質(zhì)的空間,我們假如這個物質(zhì)的空間是“硬的”,那么就像你扔一顆溜溜球出來,它是不會拐彎的,就好像進入了筆直的軌道,因為空間是“硬”的,不彎曲的。
可是現(xiàn)實中的情況不是的,光可以在空間的運動中因為引力發(fā)生偏轉(zhuǎn),就說明了空間不是“硬”的,不是強制性要求光不能彎曲!通過可彎曲的光,就可以形象的說明空間是“軟的”,可彎曲的。
我一直說愛氏的理論是正確的,但他用一個正確的理論解釋了一個錯誤的東西。就是說不該用時空彎曲解釋引力的成因!
物質(zhì)和空間是一體的。彎曲是這個一體系統(tǒng)【物質(zhì)和空間】的表現(xiàn),這種表現(xiàn)不是產(chǎn)生引力的根源。但它具有極大迷惑性。這也是愛氏被迷惑的原因。
我們說空間告訴物質(zhì)如何運動,物質(zhì)告訴空間如何彎曲,這句話本來就把物質(zhì)和空間連成了一體。如果上面時空彎曲的例子你不能理解,就好好想想這句話,會有很大幫助!運動是物質(zhì)的運動,彎曲是物質(zhì)空間的彎曲。我們是沒有辦法想象虛空彎曲的!
進一步可以這樣解釋,當一個大質(zhì)量物體高速運動時候,他的質(zhì)量會變的更大,引力也變大。引力就會使得空間變化,彎曲。 質(zhì)量不斷增加的同時,這個區(qū)域的時空就發(fā)生了巨大彎曲和變化,不斷吞噬質(zhì)量物質(zhì),那么最終這個區(qū)域就會形成黑洞!
在這里我們要把時間拿出來說了,而說到時間,就要把運動拿出來說了。但運動是物質(zhì)的運動,時間和運動分不開,就意味著時間和物質(zhì)分不開。離開時間談物質(zhì),物質(zhì)是沒有變化的!
摘自獨立學者靈遁者物理宇宙科普書籍《變化》
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