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时空曲率 时空曲率公式

关于时空曲率✅的问题,下面有几个最新时空曲率公式的观点,这里可乐生活希望能帮您找到想要的时空曲率答案,了解更多什么是时空曲率?的相关详细知识。

关于这个问题,史蒂芬·汉姆给出了错误的答案。他认为所有在测地线上运动的天体,无论其质量大小,都做局部直线运动,光线也不例外。当质量大的天体快速运动时,光线运动路径是天体运动路径的极限。但是,当运动速度达到极限时,天体质量就会变成零,以保持能量守恒。

重力是由能量而非静止质量决定的。光和物体中的能量正是吸引其他天体运动的幕后之手(当然,来自各种地方的动量、力量和压力也起着次要作用)。如果你往一个箱子上照一束光,反射到镜子上,根据能量,它与其他任何事物一样受引力吸引。这并不令人惊讶,因为当箱子吸收了光子的时候,用光子质量除以c^2,可知箱子的质量上升了。

时空曲率 时空曲率公式(图1)

重力偏转了光线,还引发了一种逆反应——光线拉回了重力。这是为了在渐趋平坦的背景中保持动量。

对于黑洞来说,考虑持续加速的观察者,情况已经很清楚了。这个持续加速的观察者感受到了局部重力场,但这个局部引力场没有时空的曲率,这是由于运动。你观察这个(?)的方法是因为相对论是毕达哥斯拉定理中带有负号的几何,加速的时间的曲率,一个圆 x^2 + y^2 = R^2 曲率的半径恒定,所以双曲线x^2 - t^2 = (1/a)^2是恒定加速度。

时空曲率 时空曲率公式(图2)

图解:这是人类史上首张黑洞照片。图源:cqrb.

这条双曲线有渐近线,是观察者从未观测大的、来自起点的光线。对于双曲线的右分支来说,任何更趋近于左侧而非渐近线的光线都永远不会到达加速度的观测者所处位置。观测者从加速度的飞船中扔出去的任何物体,都会穿过这条光线并被切断通讯。

这个观测者会感到被一面巨大的吸收万物的黑色墙壁追踪。墙外的光线永远不会到达观测者所处位置。这堵墙还在与加速度成比例的温度下发光发热。

黑洞就是这样一堵黑墙收缩成的一个球。当你靠近黑洞时,你可以在原处进行加速,此时视界与加速度“黑墙”——伦德勒时空几乎无法区分。但是如果你离得很远,黑洞在你的视野中就是重力的一个起源点。因为地平线是一个球,进入这个球的任何光线都不可能再逃离出来——光线被困住了。

原处观察者发出的光一直持续到无限的霍金辐射背景中。

时空曲率 时空曲率公式(图3)

图解:霍金辐射,是一种关于黑洞的理论。在“真空”的宇宙中,根据海森堡不确定性原理,会在瞬间凭空产生一对正反虚粒子,然后瞬间消失,以符合能量守恒。在黑洞视界之外也不例外。斯蒂芬·威廉·霍金推想,如果在黑洞外产生的虚粒子对,其中一个被吸引进去,而另一个逃逸的情况。如果是这样,那个逃逸的粒子获得了能量,也不需要跟其相反的粒子湮灭,可以逃逸到无限远。在外界看就像黑洞发射粒子一样。这个猜想中的辐射被命名为"霍金辐射"。由于它是向外带去能量,所以它是吸收了一部分黑洞的能量,黑洞的质量也会渐渐变小,消失;它也向外带去信息,所以不违反信息定律。图源:baike.

时空曲率 时空曲率公式(图4)

根据爱因斯坦的广义相对论,光线受重力的影响与物体受重力的影响相同。这是因为在这个理论体系下,我们不应该根据矢量——比如力——来考虑重力,而应将重力作为宇宙“形状”的产物。

根据牛顿的看法,引力是一种线性定向的力,在这种力的作用下,所有有质量的物体都被其他有质量的物体牵引。他的分析表明,力的强度与两个相互吸引的物体的产物成正比,而与它们之间的距离的平方成反比。因此一个苹果和地球会相互牵引对方,并且苹果从树上“掉落”。因为光(无论被看做射线还是光子)没有重量,因此牛顿的方程预测它永远不会被任何物体的引力吸引,无论物体多么庞大。

时空曲率 时空曲率公式(图5)

图解:苹果从树上掉落。图源:sohu.

为了建造一个与所有研究者保持一致、而且不依赖某些独立的固定参考系的理论框架,爱因斯坦抛弃了对重力作用的认识,重新设计一个新的理论体系。根据这个理论,所有具有质量的物体都会改变时空的曲率,即宇宙的四维结构。然后,物体遵循已创建的曲线在时空中运动。

时空曲率 时空曲率公式(图6)

图解:爱因斯坦的广义相对论认为重力是时空(或宇宙)的一种形态,有质量的物体扭曲时空,在这个时空内的物体沿已扭曲的时空作运动,体现为引力。质量大的物体对时空的扭曲大,质量小的物体对时空的扭曲小(这与牛顿所认为的“引力是一种力”的看法相左)。图源:dreamstime.

因为人类的大脑不擅长想象四维物体,我们通常用三维空间做比喻。把时空想象成一块橡胶板,在此刻拉平。如果我们往这个“时空”放置一个质量极大的物体比如一个天体,它会把这块橡胶板向下推,在橡胶板上产生一圈涟漪或者一个凹陷。

时空曲率 时空曲率公式(图7)

图解:引力将时空扭曲成了一个漏斗。图源:baijiahao.

这个天体的行星在沿着这块橡胶板运动的时候做的不是直线运动,当它经过这个凹陷时,行进路线会发生弯曲,朝着新的方向运动。如果一个物体以正确的速度运动,它也许会卡在凹陷中,顺着轨道沿行星前进,就像一个球绕着轮盘前进。到目前为止,这个理论的预测都和牛顿的预测一样,但是现在有了一个区别——如果光线沿着时空的这块橡胶板前进,同样会跟随曲线运动,因为时空的曲率已经被天体创造出来了。事实上,如果这个凹陷足够深,而四面的墙壁很陡,光线可能会掉进这个凹陷中,再也无法逃离。

时空曲率 时空曲率公式(图8)

图解:不同质量的天体对时空造成的变形。图中从左至右依次为太阳、中子星、黑洞。图源sina.

(我们称作“黑洞”的东西)牛顿没有注意到光线的弯曲,因为需要一个质量极大的物体,才能使像光线那样快速运动的物体,弯曲到能被观测者注意到。这也是我们仍然学习和使用牛顿方程的原因——它在大多数时候都是适用的。但实验表明牛顿错了,正如爱因斯坦预测的那样,光线会被具有质量的物体吸引。

参考资料

1.维基百科全书

2.天文学名词

3. 精卫- quora

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相关时空曲率的扩展:
什么是时空曲率? 按照广义相对论的解释,在引力场中,时空的性质是由物体的“质量”分布决定的,物体“质量”的分布状况使时空性质变得不均匀,引起了时空的弯曲。大致上讲,物质密度大的地方,曲率也就大。也就是说,“时空曲率”产生了引力,当光线经过一些“大质量”的天体时,它的路线是弯曲的,它将沿着“大质量”物体所形成的“时空曲面”前进。就像放在软床上的重球使床面弯曲一样。一旦知道时空曲率,位处时空中的物体其一旦知道时空曲率,位处时空中的物体其运动轨迹也就可以计算出来;也就是说,物体运动得遵循曲率的指示。以地球绕太阳来说,太阳的质量决定它附近时空的曲率,地球受此曲率的影响就会以近乎椭圆形的轨道绕日运行。曲率如果不大,爱因斯坦理论与古典牛顿重力论的结果大致相同。两者若有差异,观测数据都站在广义相对论这一边。尤其是当曲率很大时,牛顿理论就完全不适用。广义相对论的一项重要预测就是时空曲率的振动会造成重力波的存在,牛顿理论就没有这项概念。 今天时空曲率的内容先分享到这里了,读完本文后,是否找到相关时空曲率公式的答案,想了解更多,请关注www.colorweekly.com可乐生活网站。

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