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我们每天都能感受到的引力,到底来自哪里?

宇宙探索 226

前言:

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几千年来,人类一直对光比较着迷。光,在我们身边无处不在,但光到底是一个什么东西呢?

伟大的科学家爱因斯坦同样非常痴迷于光,当然不是普通的灯泡产生的光,而是光的本质,更具体来讲是光的速度,这也将引领爱因斯坦走向推翻牛顿绝对时空观的道路上!

具体怎么回事呢?先来个思想实验。

你坐在一辆小汽车上在路面上行驶,时速为50公里。我们都知道,要想让汽车的速度更快,需要给汽车更多的能量,简单说就是踩油门。这时候你就能感觉到汽车速度的变化,仪表盘上也会显示速度的改变。

但如果你测的不是小汽车的速度,而是车灯发出的光的速度,你会得到什么结果呢?

如果小汽车静止,车灯发出的光的速度显然就是光速,每秒30万公里。当汽车启动之后,或许你或以为车灯发出的光的速度也会随之增加,你或许会认为启动的汽车会给光线额外的推动力。

但事实上并非如此,无论小汽车如何加速,也不管小汽车速度有多快,你测量到车灯发出的光的速度始终都不会变,都是30万公里每秒。

对于汽车上的你来说是这样,对于静止在地面上的我来讲,同样如此。我看到车灯的光的速度并不是汽车速度加上光速,而仍旧是光速。

为何会这样?

为什么不同的运动状态下,测量到的光速都始终不变呢?

不得不佩服爱因斯坦那天才般的思维方式,他提出了一种惊人的观点:时间和空间可以共同合作,不断调整,使得不管在任何运动状态下测量光速,得到的结构都是每秒30万公里。

也就是说,光速是绝对的,不需要任何参照系。或者说,在任何参照系下测量的光速,都是不变的。这就是光速不变原理。而且,从麦克斯韦方程组中推导出的光的速度计算公式中,也没有任何参照系,光速只与真空的磁导率和介电常数有关。

而为了尊重光的这种绝对性,时间和空间就不能是绝对的,而是相对的,两者必须“合作”起来保证光的绝对性。在爱因斯坦的理论上,时间和空间变得非常有弹性。两者合起来称为“时空”。

想想也是,我以50%光速飞行看到的光的速度,与静止的你看到的光的速度是一样的,必然有某些东西不一样,才能保证光速的绝对一致,而这些东西就是时间和空间。

而爱因斯坦提出的四维时空结构,也揭开了引力的奥秘。

时空具有弹性,就像弹簧床那样可以拉伸,扭曲,甚至被撕裂。当一个物体在被压缩的时空中运动时,就会沿着弯曲的时空做测地线运动,体现出来的就是引力。

就像在一个凹陷的弹簧床上放一个小球,小球就会感受到这种凹陷,然后沿着凹陷的弹簧床滚动。当然这种解释并不严谨,只是为了更通俗地解释时空弯曲。事实上,时空弯曲的方向并不是朝下,因为宇宙中没有上下之分,而是朝着物体的质心!

也就是说,引力只是时空弯曲的表象,时空弯曲才是最根本的东西!

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