廣義相對論通常被解釋為時空是由引力彎曲的,這是什麼意思?例如,當沒有外部“直線”參考係時,我們如何感知時空曲線?
廣義相對論通常被解釋為時空是由引力彎曲的,這是什麼意思?例如,當沒有外部“直線”參考係時,我們如何感知時空曲線?
時空不是由任何東西組成的,它僅僅是一個介質或坐標系。考慮一下地圖上的網格線,它們不是由任何東西“組成”的,它們只是地球幾何形狀的表示。時空是愛因斯坦在寫狹義相對論時所設想的一個概念,即時空的屬性以相對論的速度內在地聯繫在一起。其後果之一是,您不能在空間中向前推進,而不能及時向前推進,這可以在光錐中看到:
表示時空的外觀,僅表示時空在二維空間和一個時間中的行為。引力波是在兩個大質量物體(雙星)相互繞行時引起的,它們引起時空的“漣漪”。再次需要另一個2D可視化: 這顯示了兩顆恆星在繞軌道運行時如何在時空結構中相互作用,從而引起了引力波的輻射。
這兩個都是視覺指南,我們將永遠無法用自己的眼睛“看到”引力波或時空本身,這就是為什麼我們需要LIGO或VIRGO等探測器來推斷它們的存在。
廣義相對論通常被解釋為說時空是由引力彎曲的,這是什麼意思?
這意味著廣義相對論可以用數學上的方式來表達與彎曲的四維流形上的微分幾何非常相似。換句話說,測試粒子僅在重力作用下的行為方式就是它們在彎曲的三維歧管上自由移動時的行為方式。數學具有直接的對應關係:僅此而已。
電磁學的描述是,電磁場強度是線束上連接的曲率。我意識到,對於那些尚未研究軌距理論的人來說,這種說法是非常神秘的,但是重要的是要認識到,本質上幾何描述並不是重力所特有的。引力的特殊之處在於它均等地耦合到所有應力-能量動量,並且測試粒子的引力自由落體完全不受組成的影響。
由於這種普遍性,可以解釋引力的性質。引力場作為時空的屬性,即作為發生其他所有事情的競技場的屬性。我們沒有這樣做,確實有一些廣義相對論的表述(例如溫伯格),其中幾何解釋被放到了一個不重要的旁注中,但是我們可以-和幾何相對論最初是如何發展的。
例如當沒有外部“直線”參考係時,我們如何感知時空曲線?
我們可以測量它。
作為在概念上(但在實際中不是)的簡單方法,我們可以設置一個由最初移動的測試粒子組成的小球。在沒有重力場彎曲的情況下,每個這樣的球都將保持相同的形狀和體積,因為它們都是測試粒子以相同的速度沿相同的方向移動。但是,如果重力場具有Ricci曲率,則球的體積將開始縮小或擴大。類似地,球的形狀變化也會給出有關Weyl曲率的信息。時空),但是我們如何看待它呢?好吧,我們可以通過查看測試電荷的行為來衡量它。
數學入門。
在平面上的三角形具有三個角度,這三個角度加起來為180度-這是幾何學中眾所周知的定理。眾所周知,如果在球上繪製一個三角形,由於球的曲率,這些角度的總和將超過180度。 (如果您在酥脆的品客魚上畫畫,角度總和將小於180)。
在球上爬行的生物僅觀察角度即可發現球的表面是彎曲的。因此,僅通過檢查球的局部即可觀察到彎曲,該生物無需離開球即可觀察其彎曲。曲率是一種內在屬性。
類似地,我們不需要時空之外就可以觀察到時空是彎曲的。實際上,由於空間的重力曲率,三角形中的角度之和不等於180(但是這種效果太小了,難以察覺)。我們可以感知到時空的曲率,而不必使時空處於“其他任何事物”中。
時空彎曲的最明顯的後果是,事物朝著地球的中心墜落。 / p>
在某種程度上,您應該記住廣義相對論描述了引力力學如何起作用的理論模型。該模型包括時間和空間的坐標,並且在該模型中,時空是一種數學構造,它使我們能夠以極高的精度預測引力作用下物體的行為。
廣義相對論通常被解釋為時空是由引力彎曲的,這是什麼意思?
所以[時空]不必存在,就像畢達哥拉斯的定理不需要三角形一樣? – Marijn 16年2月4日在20:24
時空是地圖,而不是領土。時空是一個模型。換句話說,這是人類大腦中存在的某種東西,它可以幫助大腦從先前的經歷中準確預測出未來的經歷。例如,時空的概念(在相對論通論中)可幫助您預測引力透鏡的存在。您的大腦更有能力在此水平上進行處理,而不是通過拍攝一束單個光子並將方程式應用於每個光子來計算同一張圖片。
通過想像非常接近現實的物體,然後故意刪除細節,直到您得到一個簡單的東西,使它成為可可計算的。您會忘記恆星的所有屬性(顏色,周圍的外星文明,其史前歷史,內部動態),而僅將恆星視為質量等。這樣,您就可以將“啟發性想像力”轉變為“可用的原始機制”
Marjin,我想說我喜歡您的提問方式,並且我已經特別簽名,試圖回答這一問題。
廣義相對論通常被解釋為時空是由於重力而彎曲的,這是什麼意思?
這聽起來有些躲閃。
引力是時空曲率的一種表現,它是由諸如恆星,行星等大質量物體引起的。換句話說,引力是時空曲率的結果。
例如當沒有外部“直線”參考框架時,我們如何感知時空曲線?
像上面的答案一樣,這是通過實驗觀察或測量來實現的。例如愛丁頓測量了圍繞太陽四肢的光的彎曲,這在沒有彎曲的情況下是不可能的。