时空曲率(万有引力和时空弯曲哪个正确)
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2024-03-25
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1. 时空曲率,万有引力和时空弯曲哪个正确?
万有引力的公式是正确的,相对论的引力公式也是正确。<时空弯曲的表现是万有引力>是对的。广义相对论指出:时空曲率将产生引力。
引力是如何和时空弯曲联系起来的,利用数学,爱因斯坦指出物体有很大的相对质量(例如一颗恒星)时,这种弯曲可使从它旁边经历过的任何其它事物,即使是光线,也改变路径。
2. 空间可以撕裂吗?
根据我们目前对宇宙的了解,空间不能被撕裂。空间是由四维时空构成的连续性结构,我们所处的宇宙是一个整体,没有被撕裂的概念。
然而,一些理论物理学家提出了类似于“撕裂空间”的概念,如时空曲率和黑洞的时空扭曲等。这些理论描述了极端情况下的空间结构,但与现实世界中的撕裂概念有所不同。
要注意的是,以上对空间的理解是基于目前的科学知识,科学研究可能会随着时间的推移而进一步发展和改变我们对宇宙的理解。
3. 三体中曲率飞船是谁发明的?
曲率引擎,是由理论物理学家米给尔·阿库别瑞于1994年提出的。
利用时空特性进行光速乃至超光速飞行,绝非崭新的概念。在20世纪60年代的科幻系列剧《星际迷航》中,超光速飞船的推进装置叫做“曲速引擎”。影片中,只见星舰舰长一声令下,机器运转,飞船前方的星星都被拉成细线。片刻之后,星舰出现在遥远的目的地,速度比光速还快。
4. 怎么测量时空弯曲?
空间弯曲是广义相对论的四大预言之一。好像还是第一个被实验检验的预言。
当时爱因斯坦给出的检验方法很简单,就是测量经过太阳附近的光线,只要对照太阳背后的星光在经过太阳附近时的位置变化,就能确定光线是否弯曲。由于太阳光强度太大,白天它周围是看不见星星的,幸好在广义相对论发表三年后,就发生了一次日全食,英国天文学界就组织了两支观测队分别前往两个全食带经过的地区,其中由爱丁顿带领前往非洲的观测队成功拍摄到全食照片,虽然有点模糊,但还是能分辨出星星位置确实发生位移,并且当时公布位移量与广义相对论的计算结果吻合。
这是爱丁顿当时拍摄到的日全食照片。虽然光线弯曲被实验验证了,但是很多人并不服气,凭什么光线弯了就是空间弯曲造成的?这个貌似可以通过狭义相对论中的光速不变论证,不过这就太长篇了,我不想写那么长(◔◡◔)
说完空间弯曲,下面来说时间弯曲吧,这其实就是引力场时间膨胀。这个已经有大家非常熟悉的GPS卫星导航系统精确证明了,在不同的高度下,卫星时间需要根据狭义相对论和广义相对论对速度和高度引起的相对时间同时进行修正。
你可能会奇怪时间弯曲跟时间膨胀有啥关系,怎么说时间弯曲会扯上时间膨胀?其实这个问题可以用前面空间弯曲来辅助理解,因为在我们的惯性思维下,空间弯曲比时间弯曲更好理解。
用这个黑洞二维图理解一下。这图代表了黑洞在二维里的弯曲,网格线代表平直空间里的尺度,越靠近奇点,空间越弯曲,(图中越垂直表示空间越弯曲)同时网格越小了,这就是尺缩效应。没错,引力场不单会导致时间膨胀,同时也会导致空间收缩,这两个效应永远是同步产生的,否则光速就要变了。但你可能会发现,横向收缩了,垂直方向好像没收缩啊,那是因为这个图是侧面看的,你如果从黑洞的上方看,就会发现现在的垂直网格也收缩了。而在三维空间看黑洞,我们实际上只能从它上方看,你永远不可能从侧面看。
三维空间看黑洞是360°无死角的ʘᴗʘ上图就显示,黑洞背后的吸积盘都弯到前面来了。(◔◡◔)
通过上面空间弯曲的分析你会发现,空间弯曲导致了尺缩效应,反过来我们通过GPS时间同步证明了时间膨胀也就同时证明了时间弯曲。
5. 为什么是时空扭曲而不是光弯曲呢?
光线弯曲是因为时空弯曲导致的,反过来,光线弯曲能够反映出时空弯曲,这一切都与引力的本质有关。事实上,正是这个现象让爱因斯坦名扬天下。在牛顿的引力理论看来,引力是物体之间的一种相互吸引力。而广义相对论则提出了完全不同的看法,爱因斯坦的引力理论认为,任何具有质量的物体都会扭曲周围的时空,引力就是时空弯曲的表现。
质量越大的物体造成的时空曲率越大,在其中的物体就会有更加明显的靠近趋势,表现出的引力作用越强。
包括光在内的任何物体都会沿着被弯曲的时空运动,所以时空弯曲导致了光线弯曲。
6. 黑洞方程是什么意思?
对理论物理学家来说,黑洞是爱因斯坦场方程式的一个解,而该方程式是广义相对论的核心。在广义相对论中,时空就像是由弹性材质所建构的,而物质与能量可将其扭曲,所造成的时空曲率又控制了物质与能量的运动,产生了我们所认知的重力。
这些方程式清楚地预测,在时空中有些区域里的讯号无法传到遥远的观测者所在,这些区域就是黑洞。在黑洞内的“奇异点”,物质密度趋近于无限大,环绕其四周的空旷地带具有极强大的重力,没有任何东西(包括光)能够逃离。物理学家以事件视界将此重力强大的地带与其他区域分隔开来。在最简单的情况下,事件视界是个球体,若黑洞的质量与太阳相当,此球的直径只有6千米。
谈过了科幻与理论,那么实际的状况又是如何呢?各式各样精密的天文观测结果都指出,宇宙中确实存在一些超致密物体,它们完全不散发任何光芒或辐射。这些幽暗天体的质量在数个到数百万个太阳质量之间,而依据最优秀的天文物理学家估算,它们的直径范围则在区区数百千米到数百万千米之间,符合广义相对论对此质量范围内黑洞的预测。
但这些被观测到的、既幽暗又致密的物体,真的就是广义相对论预言的黑洞吗?虽然目前的观测与理论相当吻合,但理论本身对黑洞的描述却不太令人满意。尤其是,广义相对论预测在每个黑洞里都有颗“奇异点”,显示广义相对论在这里失效。广义相对论会失效,大概是因为它并未计人物质与能量在微观尺度上才会显现的量子效应。合并了量子力学的修正理论,一般称为量子重力论,将可带动理论物理领域的许多新研究。
对量子重力论的需求,引发了一些迷人的问题:被量子重力论修正过的黑洞会是什么样子的呢?它们会和古典黑洞大相径庭吗?或者古典叙述依然是可行的?研究显示,某些量子效应是可以完全避免形成黑洞的,取而代之的是被我们命名为“黑星”的天体,它的密度不会跳升到无限大,也不会被事件视界包覆。黑星是由空间本身支撑起来的,这种“建材”意外的坚固。
我们运用一种称为“半古典重力论”的古老方法得出这项结论,但我们并没有使用关于塌缩物质的所有假设,这样或许能够避免在那些研究中得出矛盾的结果。在量子重力论尚未完备的情况下,过去的30多年里,理论物理学家在分析量子力学如何改变黑洞时,都诉诸半古典重力论。半古典重力论将量子物理的观点,特别是量子场论部分纳入了古典的爱因斯坦重力理论中。
量子场论以充满空间的场来描述电子、光子、夸克等任何你想得到的基本粒子,这方式非常类似电磁场。量子场论的方程式通常是建立在平坦空间里的,也就是没有重力的空间,半古典重力论则使用在弯曲空间里构建出来的量子场论。
广义来说,半古典重力论所使用的策略如下:根据古典的广义相对论,当一群物质聚积成某一状态时,将产生某种特定的弯曲时空,但时空的曲率又会修改量子场的能量,受影响的能量再进一步改变时空曲率,如此不断循环。
这个做法的目标是要获得自我一致的解——一个弯曲时空,它的曲率产生于它所包含的量子场的能量。虽然重力本身还无法以量子理论来描述,但这种自治的解,在涉及量子效应与重力的许多情况下,应该可以相当近似地预测真实情形。半古典重力论以一种极“轻微”的方式,把量子修正加入到广义相对论里。因此,半古典重力论虽然仍以古典方法处理重力(也就是时空曲率),但已考虑到物质的量子行为。
但是,这个方法立即遭遇到一个尴尬的问题:如果直接以它计算量子场的最低可能能量,也就是没有任何粒子出现时的能量(称为“零点能量”或“真空能量”),会产生无限大的结果。事实上,这个问题老早就出现在一般的量子场论里(也就是在乎坦空间、没有重力的状况)。幸运的是,理论物理学家在预测不牵涉重力的粒子物理现象时,粒子的行为只取决于状态间的能量差,因此量子真空能量的值并没有任何影响;我们可以使用称为“重整化”的一种谨慎的减法技巧,以极高的精确度来计算能量差。
然而,当必须考虑重力时,真空能量就变得重要了。无限大的能量密度会产生极大的时空曲率。
7. 有人说地球质量让时空弯曲?
为什么地球上的人感觉到时间那么快?如果在黑洞时间是不是会变慢呢?黑洞时间是怎么变慢的呢?
根据爱因斯坦的相对论,地球质量和引力会让时空弯曲,质量和引力越大的物体周围时空弯曲率也越大。黑洞质量跟引力大到了无限,时空的弯曲就会很大。
自从爱因斯坦的相对论提出100年以来,从此便彻底颠覆了人们对宇宙世界的认知。四维弯曲时空,有限无边宇宙,引力波,宇宙大爆炸说…灌满了我们的脑袋,爱因斯坦因此一跃登顶科学界巅峰,傲视宇宙时空,人类科学得到了空前的飞速发展。
爱因斯坦指出,当一个物体具有相对大的质量时(恒星),就会让周围的时空扭曲,包括任何物质,光线也随着时空的弯曲改变了路线。
黑洞的质量跟引力是极度大的,因此它周围的时空也极度弯曲。地球的质量与黑洞的质量无法相提并论,所以地球周围的时空曲率很小,黑洞这样强引力场足以让周围的时空完全改变原来的样子,把弯曲的时空连同光吞进内部。
如果站在黑洞看地球,地球上的一天就好像一瞬间。相反,如果在地球上看黑洞,黑洞吞噬光的时间会非常漫长。因为它们的时空曲率相差甚远。
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1. 时空曲率,万有引力和时空弯曲哪个正确?
万有引力的公式是正确的,相对论的引力公式也是正确。<时空弯曲的表现是万有引力>是对的。广义相对论指出:时空曲率将产生引力。
引力是如何和时空弯曲联系起来的,利用数学,爱因斯坦指出物体有很大的相对质量(例如一颗恒星)时,这种弯曲可使从它旁边经历过的任何其它事物,即使是光线,也改变路径。
2. 空间可以撕裂吗?
根据我们目前对宇宙的了解,空间不能被撕裂。空间是由四维时空构成的连续性结构,我们所处的宇宙是一个整体,没有被撕裂的概念。
然而,一些理论物理学家提出了类似于“撕裂空间”的概念,如时空曲率和黑洞的时空扭曲等。这些理论描述了极端情况下的空间结构,但与现实世界中的撕裂概念有所不同。
要注意的是,以上对空间的理解是基于目前的科学知识,科学研究可能会随着时间的推移而进一步发展和改变我们对宇宙的理解。
3. 三体中曲率飞船是谁发明的?
曲率引擎,是由理论物理学家米给尔·阿库别瑞于1994年提出的。
利用时空特性进行光速乃至超光速飞行,绝非崭新的概念。在20世纪60年代的科幻系列剧《星际迷航》中,超光速飞船的推进装置叫做“曲速引擎”。影片中,只见星舰舰长一声令下,机器运转,飞船前方的星星都被拉成细线。片刻之后,星舰出现在遥远的目的地,速度比光速还快。
4. 怎么测量时空弯曲?
空间弯曲是广义相对论的四大预言之一。好像还是第一个被实验检验的预言。
当时爱因斯坦给出的检验方法很简单,就是测量经过太阳附近的光线,只要对照太阳背后的星光在经过太阳附近时的位置变化,就能确定光线是否弯曲。由于太阳光强度太大,白天它周围是看不见星星的,幸好在广义相对论发表三年后,就发生了一次日全食,英国天文学界就组织了两支观测队分别前往两个全食带经过的地区,其中由爱丁顿带领前往非洲的观测队成功拍摄到全食照片,虽然有点模糊,但还是能分辨出星星位置确实发生位移,并且当时公布位移量与广义相对论的计算结果吻合。
这是爱丁顿当时拍摄到的日全食照片。虽然光线弯曲被实验验证了,但是很多人并不服气,凭什么光线弯了就是空间弯曲造成的?这个貌似可以通过狭义相对论中的光速不变论证,不过这就太长篇了,我不想写那么长(◔◡◔)
说完空间弯曲,下面来说时间弯曲吧,这其实就是引力场时间膨胀。这个已经有大家非常熟悉的GPS卫星导航系统精确证明了,在不同的高度下,卫星时间需要根据狭义相对论和广义相对论对速度和高度引起的相对时间同时进行修正。
你可能会奇怪时间弯曲跟时间膨胀有啥关系,怎么说时间弯曲会扯上时间膨胀?其实这个问题可以用前面空间弯曲来辅助理解,因为在我们的惯性思维下,空间弯曲比时间弯曲更好理解。
用这个黑洞二维图理解一下。这图代表了黑洞在二维里的弯曲,网格线代表平直空间里的尺度,越靠近奇点,空间越弯曲,(图中越垂直表示空间越弯曲)同时网格越小了,这就是尺缩效应。没错,引力场不单会导致时间膨胀,同时也会导致空间收缩,这两个效应永远是同步产生的,否则光速就要变了。但你可能会发现,横向收缩了,垂直方向好像没收缩啊,那是因为这个图是侧面看的,你如果从黑洞的上方看,就会发现现在的垂直网格也收缩了。而在三维空间看黑洞,我们实际上只能从它上方看,你永远不可能从侧面看。
三维空间看黑洞是360°无死角的ʘᴗʘ上图就显示,黑洞背后的吸积盘都弯到前面来了。(◔◡◔)
通过上面空间弯曲的分析你会发现,空间弯曲导致了尺缩效应,反过来我们通过GPS时间同步证明了时间膨胀也就同时证明了时间弯曲。
5. 为什么是时空扭曲而不是光弯曲呢?
光线弯曲是因为时空弯曲导致的,反过来,光线弯曲能够反映出时空弯曲,这一切都与引力的本质有关。事实上,正是这个现象让爱因斯坦名扬天下。在牛顿的引力理论看来,引力是物体之间的一种相互吸引力。而广义相对论则提出了完全不同的看法,爱因斯坦的引力理论认为,任何具有质量的物体都会扭曲周围的时空,引力就是时空弯曲的表现。
质量越大的物体造成的时空曲率越大,在其中的物体就会有更加明显的靠近趋势,表现出的引力作用越强。
包括光在内的任何物体都会沿着被弯曲的时空运动,所以时空弯曲导致了光线弯曲。
6. 黑洞方程是什么意思?
对理论物理学家来说,黑洞是爱因斯坦场方程式的一个解,而该方程式是广义相对论的核心。在广义相对论中,时空就像是由弹性材质所建构的,而物质与能量可将其扭曲,所造成的时空曲率又控制了物质与能量的运动,产生了我们所认知的重力。
这些方程式清楚地预测,在时空中有些区域里的讯号无法传到遥远的观测者所在,这些区域就是黑洞。在黑洞内的“奇异点”,物质密度趋近于无限大,环绕其四周的空旷地带具有极强大的重力,没有任何东西(包括光)能够逃离。物理学家以事件视界将此重力强大的地带与其他区域分隔开来。在最简单的情况下,事件视界是个球体,若黑洞的质量与太阳相当,此球的直径只有6千米。
谈过了科幻与理论,那么实际的状况又是如何呢?各式各样精密的天文观测结果都指出,宇宙中确实存在一些超致密物体,它们完全不散发任何光芒或辐射。这些幽暗天体的质量在数个到数百万个太阳质量之间,而依据最优秀的天文物理学家估算,它们的直径范围则在区区数百千米到数百万千米之间,符合广义相对论对此质量范围内黑洞的预测。
但这些被观测到的、既幽暗又致密的物体,真的就是广义相对论预言的黑洞吗?虽然目前的观测与理论相当吻合,但理论本身对黑洞的描述却不太令人满意。尤其是,广义相对论预测在每个黑洞里都有颗“奇异点”,显示广义相对论在这里失效。广义相对论会失效,大概是因为它并未计人物质与能量在微观尺度上才会显现的量子效应。合并了量子力学的修正理论,一般称为量子重力论,将可带动理论物理领域的许多新研究。
对量子重力论的需求,引发了一些迷人的问题:被量子重力论修正过的黑洞会是什么样子的呢?它们会和古典黑洞大相径庭吗?或者古典叙述依然是可行的?研究显示,某些量子效应是可以完全避免形成黑洞的,取而代之的是被我们命名为“黑星”的天体,它的密度不会跳升到无限大,也不会被事件视界包覆。黑星是由空间本身支撑起来的,这种“建材”意外的坚固。
我们运用一种称为“半古典重力论”的古老方法得出这项结论,但我们并没有使用关于塌缩物质的所有假设,这样或许能够避免在那些研究中得出矛盾的结果。在量子重力论尚未完备的情况下,过去的30多年里,理论物理学家在分析量子力学如何改变黑洞时,都诉诸半古典重力论。半古典重力论将量子物理的观点,特别是量子场论部分纳入了古典的爱因斯坦重力理论中。
量子场论以充满空间的场来描述电子、光子、夸克等任何你想得到的基本粒子,这方式非常类似电磁场。量子场论的方程式通常是建立在平坦空间里的,也就是没有重力的空间,半古典重力论则使用在弯曲空间里构建出来的量子场论。
广义来说,半古典重力论所使用的策略如下:根据古典的广义相对论,当一群物质聚积成某一状态时,将产生某种特定的弯曲时空,但时空的曲率又会修改量子场的能量,受影响的能量再进一步改变时空曲率,如此不断循环。
这个做法的目标是要获得自我一致的解——一个弯曲时空,它的曲率产生于它所包含的量子场的能量。虽然重力本身还无法以量子理论来描述,但这种自治的解,在涉及量子效应与重力的许多情况下,应该可以相当近似地预测真实情形。半古典重力论以一种极“轻微”的方式,把量子修正加入到广义相对论里。因此,半古典重力论虽然仍以古典方法处理重力(也就是时空曲率),但已考虑到物质的量子行为。
但是,这个方法立即遭遇到一个尴尬的问题:如果直接以它计算量子场的最低可能能量,也就是没有任何粒子出现时的能量(称为“零点能量”或“真空能量”),会产生无限大的结果。事实上,这个问题老早就出现在一般的量子场论里(也就是在乎坦空间、没有重力的状况)。幸运的是,理论物理学家在预测不牵涉重力的粒子物理现象时,粒子的行为只取决于状态间的能量差,因此量子真空能量的值并没有任何影响;我们可以使用称为“重整化”的一种谨慎的减法技巧,以极高的精确度来计算能量差。
然而,当必须考虑重力时,真空能量就变得重要了。无限大的能量密度会产生极大的时空曲率。
7. 有人说地球质量让时空弯曲?
为什么地球上的人感觉到时间那么快?如果在黑洞时间是不是会变慢呢?黑洞时间是怎么变慢的呢?
根据爱因斯坦的相对论,地球质量和引力会让时空弯曲,质量和引力越大的物体周围时空弯曲率也越大。黑洞质量跟引力大到了无限,时空的弯曲就会很大。
自从爱因斯坦的相对论提出100年以来,从此便彻底颠覆了人们对宇宙世界的认知。四维弯曲时空,有限无边宇宙,引力波,宇宙大爆炸说…灌满了我们的脑袋,爱因斯坦因此一跃登顶科学界巅峰,傲视宇宙时空,人类科学得到了空前的飞速发展。
爱因斯坦指出,当一个物体具有相对大的质量时(恒星),就会让周围的时空扭曲,包括任何物质,光线也随着时空的弯曲改变了路线。
黑洞的质量跟引力是极度大的,因此它周围的时空也极度弯曲。地球的质量与黑洞的质量无法相提并论,所以地球周围的时空曲率很小,黑洞这样强引力场足以让周围的时空完全改变原来的样子,把弯曲的时空连同光吞进内部。
如果站在黑洞看地球,地球上的一天就好像一瞬间。相反,如果在地球上看黑洞,黑洞吞噬光的时间会非常漫长。因为它们的时空曲率相差甚远。
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