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空間中並不存在重力這種「力」?廣義相對論又是如何定義重力的

2024-07-06科學

導語

重力是一個物體由於其質素而產生的「力」,也是使人類沒有一統天下的本質「力」。

然而愛因斯坦在上世紀提出的廣義相對論卻聲稱這並不是個「力」,因為廣義相對論中是空間彎曲。

那麽空間又如何彎曲呢?

重力又是如何在空間彎曲中被定義的呢?

牛頓重力。

吸鐵石也有磁性,想要火速逃離我某某的「重力」,不僅要跳躍三次,還要蹦上兩個翻滾,有時候還不能逃掉。

在生活中很多人都不知動能、勢能和重力之間還有這麽一個關系,動能就是我們平時常說的「動」,而勢能就是我們常常說的「靜」,重力呢?

那就是「跟著我一起跑」的。

牛頓將重力定為:「任何兩個物體都會因為重力而被吸引」這種「力」。

這不僅僅是牛頓第二定律給定力,也是許多古代先賢給力的定律。

然而牛頓第二定律卻是給物體的加速度定理,他認為,任何一個物體的加速度都是和受力、質素成正比的。

牛頓認為,如果兩個物體之間沒有「力」的作用,那麽兩個物體就會保持勻速直線運動。

然而世界上個大復雜,所以牛頓認為,要想使一勻速直線運動的物體產生加速度,就一定會有外界作用於其上的「力」。

這個「力」就是我們常說的「重力」,即物體之間的相互作用。

牛頓猜想,是不是所有的物體都會彼此吸引,然後這個「重力」就是任何一勻速直線運動物體之間的彼此「力」呢?

牛頓開始對這個問題進行了仔細分析,牛頓認為,巨大的物體為什麽能夠量進行操作,是因為這些物體蘊含巨大的能量,足以讓其他物體難以逾越它的「重力」範圍。

改動這個「重力」的在變大、變小吧,不然就是稀疏了,要不就會有一部份新物體唄「重力」進來,又或者有一些老物體「重力」飛走,不然就是稀疏了。

當然,也有一些小物體經常不受「重力」的支配,這些小物體不僅受到外力的影響,還會因為自身的運動導致「重力」失控,最後就是逃不脫被「重力」吸走了。

這就是牛頓第三定律中,物體之間的動能和勢能之間轉化為外力逃逸的電影啦。

然而重力之間終究還有一個計算公式,這個公式就是在牛頓的研究基礎上提出來的。

假設有兩個質素為m1、m2的物體,它們之間之間的距離為r,它們之間之間的重力就可以簡化為「F= Gm1m2 / r^2」。

廣義相對論。

新物體層出不窮,而人類又不能每天都去觀測天體運動。

所以就有人將牛頓的重力定理和太陽重力定理等等,綜合在一起,就提出了廣義相對論。

廣義相對論不僅是讓物體之間的重力變得復雜了,同時也給太陽之外的重力做出了詳細地說明和解釋,牛頓廣義相對論中認為,不僅有太陽對地球產生吸引,地球對太陽產生重力,太陽之外的星球之間也會形成重力。

廣義相對論認為,太陽無非是巨型的重力場,而在這個重力場中所有不是太陽的物體都會受到太陽吸引,產生重力。

在這個重力場中,太陽是所有物體的重力場「旋渦」,任何物體來到這個重力場中,都會被太陽的「重力」從軌域上拖拽下來。

廣義相對論認為,每一個重力場都是一個「漩渦」,在這個漩渦中,每一個新物體都會設法逃出這個重力場的「範圍」,可新物體也會被其他物體給吸走,最終只有新物體自身肯走,重力場才能解脫困境。

廣義相對論認為,每個物體之間的重力都是一種慣性力,是因為每個重力場中的物體都想要逃逸重力場,內部產生的一種相互吸引的「力」。

廣義相對論中的重力是一種慣性「力」,不僅是因為每個重力場中的物體會因為慣性產生重力,還有一個原因就是每個重力場都是由物體的「質素」所形成,物體的質素就是物體的大小,不僅是因為大小不同,質素也不同,所以新物體之間相互吸引的「力」也不同。

萬事萬物不僅僅是重力之間有差異,廣義相對論中還有一個重要的觀點就是重力不僅僅是一個有大小有瘦的「力」,還具有時間性。

在這個重力場中,時間是不確定的,物體運動的時間可能會變長,也可能會變短,最後從重力場中逃離出去的時間又變成了常數。

廣義相對論重力的計算公式。

廣義相對論中有一個重要的觀點就是:「空間是彎曲的」。

這也是重力為什麽不是一個「力」的核心理論,愛因斯坦認為,空間和時間是相互關聯的,眾座標之間的關系符合牛頓重力的計算公式,彎曲的空間體現出來的就是時間的不確定性。

廣義相對論中認為,時間會隨著空間的彎曲而產生扭曲,廣義相對論用一個簡單的向前走的人舉例。

在沒有重力的作用下,向前走的人脫離了地球重力場,那麽他將以「指標」速度一直向前跑,人和時間將保持不變。

而在地球重力場中,人會從地球上一直跑到地球中心才會停下來,因為這種慣性在空間的彎曲中不能逃脫,所以時間是不確定的,人和時間在這個重力場中有差異。

由於重力場中的時間不定,所以重力也必須具備時間性,重力的大小和重力場中物體的「質素」成正比。

愛因斯坦認為,重力的公式不能再用牛頓的公式了,所以他提出了新的重力公式:「Gμν = 8πTμν」。

當然,廣義相對論中的重力也沒有重力輕松,他需要付出更多的代價才能享受相互的「力」,這種「力」也不是一般的「力」,而是愛因斯坦力。

廣義相對論中的重力不能簡單的用公式來對他們進行求和,而是需要計算之後才能求和。

結語

廣義相對論認為,重力是因為空間的彎曲而產生的,他不是普通的「力」,而是一種「慣性力」。

這種「力」不僅有大小有瘦,還兼有時間性,可以隨著時間和空間的彎曲而改變。