91精品国产手机在线-白筒袜嫩萝双腿之间乳白液体-青青操手机在线视频观看-日本中文字幕人妻日韩-日韩精品在线观看视频网站-天堂资源中文最新版在线一区-欧美专区一区二区三区-国产综合亚洲欧美在线-国产精品久久久久久福利69堂

  1. 首頁 > 生活百科 >

牛頓 如果引力不是一種力，那么它如何使物體加速的？

問：愛因斯坦說過，地心引力這種東西并不存在。質量與質量之間不會遠距離相吸。這其實是時空的扭曲。只有將力作用于物體，物體才會加速，否則，它們就應保持常速。我在網(wǎng)上找到的一些解釋認為引力始終一致，在其想象試驗中，一個站在地球上的人與一個坐在火箭里“被加速”遨游太空的人感受到同樣大小的引力。我能理解為什么這些狀況下引力是相同的，但如何解釋一塊磚從一幢建筑物上掉落時，其加速度為9.8 m/s^2? 而且，上面那個想象試驗中已存在一個力（即火箭的推進力）。
牛頓 如果引力不是一種力，那么它如何使物體加速的？
文章插圖


答：這可能是關于一般相對論最普遍的一個問題。如果引力不是一種力，它如何使物體加速？
一般相對論認為，能量（以質量，光或其他任何形式）控制時空扭曲，時空的扭曲又控制這些能量的移動。“引力”的概念就成了物體沿著彎曲的時空下落。物體下落的路徑被稱為“測地線”。就讓我們從觀察物體引起的彎曲開始，然后再來討論測地線的問題。

牛頓 如果引力不是一種力，那么它如何使物體加速的？
文章插圖


圖解：3條測地線構成的球面三角形。在球面上，測地線是大圓。
由物體引起的彎曲的度與物體能量有著直接的關系（最典型的是，物體最重要的能量是它的質量能量，但也會有例外。）在太陽系中，太陽的質量是時空扭曲的最重量級制造者，其影響大到可以完全忽略地球質量所造成的扭曲，幾乎可以這么說，因為地球繞著太陽運行，因此其質量是可以被忽略的（我們稱之為測試粒子極限）。同理，當你站在地球上時，是地球的質量而非你的質量支配你周圍的時空扭曲，因而你也可以將自己視為一個無質量的測試粒子。然而，我們所知的事實是，你將自身周圍的時空扭曲了僅僅一點點，而這一點點作用卻對地球產(chǎn)生了相應的影響。
牛頓 如果引力不是一種力，那么它如何使物體加速的？
文章插圖


現(xiàn)在，讓我們回到測地線的問題上來，一個處于測地線運動中的物體感受不到其他的力，它順著一個類似時空下坡的方向運動（時空扭曲正是這樣影響物體運動的）。有點出乎意料的是，物體運動時順著哪一條特定的測地線則取決于它的運動速度，而不是它的質量，（除非它的質量為零，這樣它的速度就是光速），沒有其他力作用于該物體，因此我們認為該物體是自由落體，引力不再起作用。（從技術上來說，如果一個物體比一個點大，那么它就會受到潮汐力的影響，該力是由于物體兩端的引力差造成的，不過我們對這種力忽略不計）。
牛頓 如果引力不是一種力，那么它如何使物體加速的？
文章插圖


現(xiàn)在我們來更深入的考慮一下測地線的問題。它們長什么樣？我們站在地面把一個球拋向空中，它會在空中以拋物線的軌跡飛起并落回到地面上，物體正是沿著這樣一條測地線運動的，下個合適的定義，即考慮到空間的扭曲，這條路徑好像是一條直線穿過一個四維空間。但這和我們所說的引力加速度有什么關聯(lián)？
讓我們根據(jù)自己在地球上的位置選擇一個坐標系，我們假設自己在原點，定義將球拋向空中的時間t 為0（只是給這個定位點一個名稱，并無它意）。可以用一個合適的參數(shù)在坐標系中定義這個球在空間中的位置，我們稱之為仿射參數(shù)。當球在空間中移動，這個參數(shù)的特定功能可以將它在空間中的位置表現(xiàn)出來，稍微改一下說法，就是將球在空間與時間中的位置聯(lián)系起來。當我們觀察這條運動軌跡時，發(fā)現(xiàn)物體似乎是在朝著地心方向加速運動，因而萌生了一個想法，即這是引力作用的結果。
然而真實的情況卻是，在我們的坐標系內(nèi)，物體的運動過程以測地線方程的形式呈現(xiàn)，如用數(shù)學表示，則該方程如下圖：

牛頓 如果引力不是一種力，那么它如何使物體加速的？
文章插圖


(圖片來源：WJ百科)
方程中，x（帶有上標希臘指數(shù)的）所指的是球在坐標系內(nèi)的位置，這些指數(shù)表明我們是否在討論x,y,z 或者時間坐標,被求導的參數(shù)t是仿射參數(shù)，在這個例子中，它可以被稱為“恰當?shù)臅r間”（當物體運動較慢時，我們可以將t看作坐標系內(nèi)的時間坐標）。方程的第一項是物體在坐標系內(nèi)加速的情況，第二項表示引力的作用，那個看上去有點像吊人游戲的玩意兒叫做連接符號，它能將因時空扭曲產(chǎn)生的所有結果編碼（還包括我們選擇坐標系的信息）。實際上方程總共有16項，是用愛因斯坦求和約定寫成的，它表明時空扭曲的影響造成了物體的加速，這不僅僅基于物體穿過空間的速度，還有其穿越時間的速度。

推薦閱讀