购买
下载掌阅APP,畅读海量书库
立即打开
畅读海量书库
扫码下载掌阅APP

第四章
广义相对论时空观

爱因斯坦的狭义相对论并不是完美的,有很多问题是狭义相对论没有解决的,也有很多现象是狭义相对论无法解释的。狭义相对论是建立在狭义相对性原理基本公设之上,是基于惯性系这种参考系下得出的结论,而惯性系是一种极为特殊的参考系,是没有引力作用也没有加速度的静止或者匀速直线运动状态的参考系,现实中由于宇宙万有引力无处不在,从而导致引力带来的加速度也是无处不在的,所以现实中这种理想化的惯性系根本不存在。狭义相对论中那个关于双生子佯谬的经典哲学问题,就是由于作为飞行员的哥哥在返回地球过程中破坏了匀速运动这个惯性系背景,所以得出了解释不清甚至互相矛盾的结论。所以,为了从更根本的层面揭示时空的本质,爱因斯坦需要把惯性系这个特殊限制取消掉,来找到和构建一个适用于所有参考系(包括惯性系和非惯性系)的,更具有普遍意义的时空模型。

于是,爱因斯坦又用了 10 年的时间闭关思考,终于在 1915年完整地提出了广义相对论,把人们对于时空的认知又向前推进了一大步。狭义相对论虽然发现了时间与空间的联系,但是还没有完全发现时空的本性,狭义相对论中的时空是平直的,而在广义相对论中,爱因斯坦发现时空竟然是可以弯曲的,让我们认识到时空更深层的本质——引力场会造成时空弯曲,引力效应只是物体在弯曲的时空中运动所表现出来的一种假象,也就是说物质的存在会造成时空的弯曲,弯曲的时空反过来又会影响物质的运动。

并且,爱因斯坦同时给出了解锁整个宇宙时空密码的引力场方程,引力场方程是一个二阶非线性偏微分方程组,方程揭示了时空与物质和运动之间的联系,方程左边是时空的几何描述,表示了宇宙时空的弯曲状况,方程右边是时空的物质描述,表示了宇宙物质分布和运动状况。广义相对论的概念并不难,但引力场方程涉及的数学却是非常复杂,数学上想要求得方程的解是一件非常困难的事,甚至只要求解出方程的解就能预言出宇宙中很多未知的存在。所以我们不要尝试去理解广义相对论的数学方程,那是会让自己疯掉也实现不了的事情。对于广义相对论和引力场方程,我们也完全可以从哲学和概念的角度去理解,从时空模型的推导过程去领悟爱因斯坦是通过怎样的思维实验揭示出宇宙时空、物质和运动之间的本质联系的。 TMIF5OvX3w9UERpwPVkwC9GK3xwjIEFnAPp044cILZnokAWuYCxEKueB03X//k4Y

点击中间区域
呼出菜单
上一章
目录
下一章
×