在彎曲的時空中,行星沿什麼軌跡運動

2022-02-21 21:32:35 字數 5835 閱讀 4702

1樓:用心感悟回答老師

在彎曲的時空中,行星沿圓周軌跡運動。

彎曲時空(flection timespace) 愛因斯坦的廣義相對論認為,由於有物質的存在,物質和時間(時空)會發生彎曲,而引力場的存在實際上是造成乙個時空彎曲的原因。愛因斯坦用太陽所產生的引力場使空間彎曲的理論,很好地解釋了水星近日點進動中一直無法解釋的43秒,以及光線經過太陽的偏折。廣義相對論預言還引力紅移,即在強引力場中光譜向紅端移動,20年代,天文學家在天文觀測中證實了這一點。

加進時間維度。無論對石塊、子彈還是光子,在時空中量度的曲率半徑都精確地相等,其值為1光年的星級。因此,更合理的說法是,時空軌道是「直」的,而時空本身被地心引力所彎曲,不受任何其他力的拋射體將沿測地線運動(等價於說沿彎曲幾何中的直線運動)。

上面的例子表明時空是怎樣在時間上彎曲得比在空間上厲害得多的。一旦所涉及的速度開始增大,時間曲率就變得重要。公路上凸起了一小塊,只是空間曲率的一點小小不整齊,乙個徒步慢行的人很難覺察到,但對一輛以120公里/小時的速度行駛的汽車來說卻很危險,因為它造成時間維度上大得多的變化。

阿瑟·愛丁頓(arthur eddington)計算出,l噸的質量放在乙個半徑為5公尺的圓中心所造成的空間曲率改變,僅僅影響圓周與直徑比值(即歐幾里德幾何中的…的小數點後第24位。

因此,要給時空造成可觀的變化,就得有巨大的質量。地球表面的時空曲率半徑如此之大(約1光年,即其自身半徑的10億倍)的事實說明地球的引力場,儘管給物體以98公尺/秒』的加速度,卻是不夠強的。對於地球附近的絕大多數物理實驗,我們可以繼續採用明可夫斯基時空和狹義相對論;歐幾里德空間和牛頓力學在涉及的速度較小時也足夠精確。

儘管局域地看來似乎平直,我們的宇宙實際上是被物質弄彎曲了。然而,彎曲效應變得明顯僅僅是在高度集中的質量附近(例如黑洞),或者是在很大的尺度上(數百萬光年,例如研究物件是由數千個星系組成的團)。發現的多重類星體是彎曲時空真實性的乙個最好證據。

乙個遙遠光源發出的光線沿不同路徑穿過彎曲時空,使天文學家看到同乙個天體的幾個像柔軟的光。

2樓:植物聖神

能使時空發生彎曲的東西一定是具有相當大的質量(那麼引力也就非常的大),行星會圍繞彎曲的時空作高速圓周運動……還有一種情況,彎曲的時空是整個宇宙的話,那不就是圓周運動嗎?那我問:你怎麼知道我們的宇宙是不彎曲的?

星體造成的時空彎曲

3樓:匿名使用者

安照愛因斯坦的理論,引力會造成時空扭曲,恆星的坍塌是因為內部的能量消耗殆盡,越來越重要的成分不斷燃盡(這個燃燒和我們平時接觸的不一樣,他是一種核聚變反應,比如氫聚變成氦,同理氦會繼續聚變,合成的元素質量和密度越來越大,體積卻越來越小。恆星坍塌後,其越是靠近核心地帶引力也越大,他附近的時空就扭曲的更厲害。

其實我感覺同質量的恆星引力之和與黑洞是同等的,不同的是黑洞的壓力因為其坍塌到了極限,以至於光也跑不出來。這就相當於原本分散的引力因為體積的減小高度集中,達到了乙個極限。在黑洞裡所有的物理理論都失效。

呵呵!存數自我理解,以前看過些研究黑洞形成的書,參考參考,不是什麼專業之言。

4樓:愛小喵cy的雞

很簡單,兩者質量一樣,在遠處所產生的時空彎曲程度是相同的,彎曲規律直到星體表面為止(星體內的引力變化規律不服從平方反比率),所以半徑越小的話,彎曲規律就能夠到達越接近質量中心的地方,那裡引力就更大。

5樓:匿名使用者

個人看法:恆星半徑越小,密度也越大,則單位空間內所存在的質量也越大,單位空間內所產生的引力也越大,而時空彎曲作用是由物體的引力造成的,所以恆星的半徑越小(密度越大),它造成的時空彎曲作用越大。同理,黑洞的密度也比恆星大,單位空間內說存在的質量也更大,則單位空間內產生的引力也更大大。

打個比方,用拳頭打人比用五根手指打人痛。

引力是怎麼使時空彎曲的?時空彎曲使維度增加還是減少了?

6樓:匿名使用者

相對論說時空彎曲產生引力 而不是引力產生時空彎曲 將乙個鐵球放在海棉上 會形成乙個巨大的漏斗狀 從旁邊滾過的玻璃球 速度只要不夠快 就會被拖進漏斗裡 如果不存在摩擦力的話 這個玻璃球會在乙個速度和引力達到平衡的時候 圍繞著鐵球不停止的旋轉 鐵球就是模擬的大質量星體 海棉模擬的三維空間 這個漏斗就是模擬的星體質量導致的時空彎曲 這個拖玻璃球進漏斗的就是引力 玻璃球模擬的該星體的衛星

至於時空彎曲是否會增加或減少維度 這個就不好說了 目前我們人類的智慧型和感官只進化到能感知到三維而已 充其量還能感受到時間 但也只能隱隱感覺到它的流逝 甚至連時間到底是個啥都沒辦法說清楚 那就更不要說能夠理解4維或更高的維度了

愛因斯坦的廣義相對論中提到引力是時空的扭曲,那我是不是可以理解成,沒有時間的空間(比如四維空間)就

7樓:物理小卒

嚴格的說時間和空間是統一的,你說的四維空間其實在物理上叫做四維時空,它的第四維是用虛數表示的時間。具有質量的物體造成時空的彎曲,這就會使得其它在這個彎曲影響範圍內運動的物體都會受到影響,簡單點說在彎曲時空中自由的物體總是傾向於沿著時空的測地線運動(對於平坦的時空,也就是直線,是不是有種牛頓第一定律的即視感?)。

乙個很具體的例子就是地球圍繞太陽的運動,如果忽略其他行星的影響,那麼這個運動的軌跡應該是四維時空中的短程線,也就是三維空間中的橢圓(這個不是一般人能想清楚的,畢竟閔可夫斯基空間實在太高深了)。在牛頓看來這個橢圓運動就是受到了引力的影響。

更正你的乙個觀點,沒有物體,就沒有時間和空間。設想一下在乙個什麼都沒有的區域裡,你連參照物都沒有,怎麼定義上下、左右、前後這三個空間維度?連參照物都沒有,你怎麼通過觀察事物的變化來定義時間?

哪位高手能解釋以下關於廣義相對論的問題???

8樓:匿名使用者

相對論分為廣義相對論和狹義相對論

廣義相對論的基本概念解釋:

廣義相對論是愛因斯坦繼狹義相對論之後,深入研究引力理論,於2023年提出的引力場的相對論理論。這一理論完全不同於牛頓的引力論,它把引力場歸結為物體周圍的時空彎曲,把物體受引力作用而運動,歸結為物體在彎曲時空中沿短程線的自由運動。因此,廣義相對論亦稱時空幾何動力學,即把引力歸結為時空的幾何特性。

如何理解廣義相對論的時空彎曲呢?這裡我們借用乙個模型式的比擬來加以說明。假如有兩個質量很大的鋼球,按牛頓的看法,它們因萬有引力相互吸引,將彼此接近。

而愛因斯坦的廣義相對論則並不認為這兩個鋼球間存在吸引力。它們之所以相互靠近,是由於沒有鋼球出現時,周圍的時空猶如一張拉平的網,現在兩個鋼球把這張時空網壓彎了,於是兩個鋼球就沿著彎曲的網滾到一起來了。這就相當於因時空彎曲物體沿短程線的運動。

所以,愛因斯坦的廣義相對論是不存在「引力」的引力理論。

進一步說,這個理論是建立在等效原理及廣義協變原理這兩個基本假設之上的。等效原理是從物體的慣性質量與引力質量相等這個基本事實出發,認為引力與加速系中的慣性力等效,兩者原則上是無法區分的;廣義協變原理,可以認為是等效原理的一種數學表示,即認為反映物理規律的一切微分方程應當在所有參考系中保持形式不變,也可以說認為一切參考系是平等的,從而打破了狹義相對論中慣性系的特殊地位,由於參考系選擇的任意性而得名為廣義相對論。

我們知道,牛頓的萬有引力定律認為,一切有質量的物體均相互吸引,這是一種靜態的超距作用。

在廣義相對論中物質產生引力場的規律由愛因斯坦場方程表示,它所反映的引力作用是動態的,以光速來傳遞的。

廣義相對論是比牛頓引力論更一般的理論,牛頓引力論只是廣義相對論的弱場近似。所謂弱場是指物體在引力場中的引力能遠小於固有能,力場中,才顯示出兩者的差別,這時必須應用廣義相對論才能正確處理引力問題。

廣義相對論在2023年建立後,愛因斯坦就提出了可以從三個方面來檢驗其正確性,即所謂三大實驗驗證。這就是光線在太陽附近的偏折,水星近日點的進動以及光譜線在引力場中的頻移,這些不久即為當時的實驗觀測所證實。以後又有人設計了雷達回波時間延遲實驗,很快在更高精度上證實了廣義相對論。

60年代天文學上的一系列新發現:3k微波背景輻射、脈衝星、類星體、x射電源等新的天體物理觀測都有力地支援了廣義相對論,從而使人們對廣義相對論的興趣由冷轉熱。特別是應用廣義相對論來研究天體物理和宇宙學,已成為物理學中的乙個熱門前沿。

愛因斯坦一直把廣義相對論看作是自己一生中最重要的科學成果,他說過,「要是我沒有發現狹義相對論,也會有別人發現的,問題已經成熟。但是我認為,廣義相對論不一樣。」確實,廣義相對論比狹義相對論包含了更加深刻的思想,這一全新的引力理論至今仍是乙個最美好的引力理論。

沒有大膽的革新精神和不屈不撓的毅力,沒有敏銳的理論直覺能力和堅實的數學基礎,是不可能建立起廣義相對論的。偉大的科學家湯姆遜曾經把廣義相對論稱作為人類歷史上最偉大的成就之一。

狹義相對論就是

狹義相對論是建立在四維時空觀上的乙個理論,因此要弄清相對論的內容,要先對相對論的時空觀有個大體了解。在數學上有各種多維空間,但目前為止,我們認識的物理世界只是四維,即三維空間加一維時間。現代微觀物理學提到的高維空間是另一層意思,只有數學意義,在此不做討論。

四維時空是構成真實世界的最低維度,我們的世界恰好是四維,至於高維真實空間,至少現在我們還無法感知。一把尺子在三維空間裡(不含時間)轉動,其長度不變,但旋轉它時,它的各座標值均發生了變化,且座標之間是有聯絡的。四維時空的意義就是時間是第四維座標,它與空間座標是有聯絡的,也就是說時空是統一的,不可分割的整體,它們是一種」此消彼長」的關係。

四維時空不僅限於此,由質能關係知,質量和能量實際是一回事,質量(或能量)並不是獨立的,而是與運動狀態相關的,比如速度越大,質量越大。在四維時空裡,質量(或能量)實際是四維動量的第四維分量,動量是描述物質運動的量,因此質量與運動狀態有關就是理所當然的了。在四維時空裡,動量和能量實現了統一,稱為能量動量四矢。

另外在四維時空裡還定義了四維速度,四維加速度,四維力,電磁場方程組的四維形式等。值得一提的是,電磁場方程組的四維形式更加完美,完全統一了電和磁,電場和磁場用乙個統一的電磁場張量來描述。四維時空的物理定律比三維定律要完美的多,這說明我們的世界的確是四維的。

可以說至少它比牛頓力學要完美的多。至少由它的完美性,我們不能對它妄加懷疑。

相對論中,時間與空間構成了乙個不可分割的整體——四維時空,能量與動量也構成了乙個不可分割的整體——四維動量。這說明自然界一些看似毫不相干的量之間可能存在深刻的聯絡。在今後論及廣義相對論時我們還會看到,時空與能量動量四矢之間也存在著深刻的聯絡。

物質在相互作用中作永恆的運動,沒有不運動的物質,也沒有無物質的運動,由於物質是在相互聯絡,相互作用中運動的,因此,必須在物質的相互關係中描述運動,而不可能孤立的描述運動。也就是說,運動必須有乙個參考物,這個參考物就是參考系。

伽利略曾經指出,運動的船與靜止的船上的運動不可區分,也就是說,當你在封閉的船艙裡,與外界完全隔絕,那麼即使你擁有最發達的頭腦,最先進的儀器,也無從感知你的船是勻速運動,還是靜止。更無從感知速度的大小,因為沒有參考。比如,我們不知道我們整個宇宙的整體運動狀態,因為宇宙是封閉的。

愛因斯坦將其引用,作為狹義相對論的第乙個基本原理:狹義相對性原理。其內容是:

慣性系之間完全等價,不可區分。

著名的麥克爾遜--莫雷實驗徹底否定了光的以太學說,得出了光與參考系無關的結論。也就是說,無論你站在地上,還是站在飛奔的火車上,測得的光速都是一樣的。這就是狹義相對論的第二個基本原理,光速不變原理。

由這兩條基本原理可以直接推導出相對論的座標變換式,速度變換式等所有的狹義相對論內容。比如速度變幻,與傳統的法則相矛盾,但實踐證明是正確的,比如一輛火車速度是10m/s,乙個人在車上相對車的速度也是10m/s,地面上的人看到車上的人的速度不是20m/s,而是(20-10^(-15))m/s左右。在通常情況下,這種相對論效應完全可以忽略,但在接近光速時,這種效應明顯增大,比如,火車速度是0。

99倍光速,人的速度也是0。99倍光速,那麼地面觀測者的結論不是1。98倍光速,而是0。

999949倍光速。車上的人看到後面的射來的光也沒有變慢,對他來說也是光速。因此,從這個意義上說,光速是不可超越的,因為無論在那個參考系,光速都是不變的。

速度變換已經被粒子物理學的無數實驗證明,是無可挑剔的。正因為光的這一獨特性質,因此被選為四維時空的唯一標尺。

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