原问题:广义相对论怎么解说物体落地的原因?
自由落体和最大原时
咱们对物体落地十分了解,但对其原因却不太了解。咱们常会说到“引力”,但那不过是依据牛顿经典物理学观念而言。
在广义相对论中,咱们将下落中的物体视为无外力作用的物体(当然我疏忽了空气阻力之类的东西)但却沿着时空中“最直”途径移动。在正常空间中,最直途径便是两点之间最短的途径,在平面上它其实是一条直线,在球面上则是一个大圆,例如赤道。
在时空中,距离这回事有点不同:现在两点还仅仅空间中的点,但在时空中,两点(也称为“事情”)之间最短的途径是一条贯穿时空的途径,例如物体在时空中可以移动的途径。两个事情之间时空的距离巨细能被核算。在这里起决定性作用的是,只要一个,也便是在广义相对论中,两事情之间最直接的衔接是粒子络绎所花费时刻最长的衔接。
为什么时刻要尽或许长呢?原因有二:依据狭义相对论,球运动地越快其时刻消逝地越慢。在正常速度下这个影响很小,不过也会导致一个以5米每秒的稳定速度运动的球,时刻消逝会慢约0.14飞秒,飞秒是千万亿分之一秒——影响极小!
此外,还有第二个效应:依据广义相对论,时刻在高海拔区域(离地球更远的当地)消逝得略微快些。海拔为零当地过一秒种,在海拔为五米的当地则会多过0.55飞秒。
现在,这两种效应一起使得下落的球速度越来越快。在没有重力时刻胀大效应的情况下,时空中两个事情之间最直联络便是速度稳定的途径。因而,正如牛顿第一规律所言,不受力物领会匀速运动。当然,除非时空是曲折的。假如只要这种效应(重力时刻胀大),那么球在第一个2.5米内的速度当然最好尽或许的慢,由于它在更高的当地,时刻消逝得更快。但已然两者都有影响,咱们就必须把两者都考虑进去。所以球应该运动初始时慢一些,之后快一点,这样就可以在两种作用之间做出退让。
下落中的球的世界限是一条抛物线,这你或许在物理课上学过。那时人们告知你的是有关“重力”和“加速度”的东西——事实上,球仅仅沿着时空华夏时最大的那条线运动,由于这是最直的一条线。
广义相对论,也被称为相对论或相对理论,是1915年爱因斯坦宣布的几许引力理论,为现在现代物理学对引力的描绘。广义相对论归纳了狭义相对论,完善了牛顿的万有引力规律,将引力共同描绘为时刻和空间(或说时空)的几许性质。特别是,时空的曲率与物质和辐射的能量和动量直接相关。对这种联络的具体表述即为爱因斯坦场方程,一个偏微分方程体系。
广义相对论的一些猜测与经典物理学的猜测很不相同,特别是在时刻消逝、空间几许形状、自由落体运动和光的传达方面。这些差异的比如包含引力时刻胀大、引力透镜效应、光的引力红移和引力时刻延迟等。广义相对论对经典物理学的预言在迄今为止的一切观测和试验中得到了证明。尽管广义相对论不是仅有的重力相对论,但它是与试验数据共同的最简略的理论。但是,仍有一些悬而未决的问题,最基本的问题是广义相对论怎么与量子物理规律相和谐,然后发生一个完好的、自洽的量子引力理论。
爱因斯坦的理论具有重要的天体物理学含义。例如,它暗示了黑洞的存在——空间和时刻被歪曲的区域,没有一点东西可以逃脱,包含光——或许是大质量恒星的终极状况。有充沛依据标明,某些天体宣布的激烈辐射是由黑洞引起的。例如,微类星体和活动星系核别离来自于恒星黑洞和超大质量黑洞的存在。光受引力的曲折会导致引力透镜现象,即在天空中可以正常的看到同一悠远天体的多个图画。广义相对论还猜测了引力波的存在,引力波后来被物理学协作安排LIGO直接观测到。此外,广义相对论是现在不断胀大的世界的世界学模型的根底。
广义相对论被广泛认可为一套精妙绝伦的理论,也被描绘为现有物理理论中最为完美的理论。
作者: Toni Sementana
FY: G. S. Lestrange
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