为什么恒星等会产生时空扭曲?时空扭曲是如何产生和形成的我们的时空就好比一块“海绵”,只不过这块海绵是3+1维的。恒星就是重物,把...
为什么恒星等会产生时空扭曲?时空扭曲是如何产生和形成的
既然时空有弯曲,那么这个弯曲的方向又是指向那里呢?所以,理论上应该有比我们空间更高的维度存在,而空间的弯曲方向就指向这个维度。
只不过由于我们属于3维生物,无法想象这个高维空间而已。
在广义相对论里,质量能量会导致时空弯曲,而恒星有质量,因此也会产生时空弯曲。也就是说恒星之所以会导致时空弯曲是因为它具有质量和能量。
打个比方来说吧!地球就像一个铁球,把铁球放在一块又薄又软的胶皮上,此时铁球所处的位置就会向下凹陷,这就是空间扭曲。
引力也由此产生,比如月球就是陷入了地球所造成的空间凹陷的边缘处,看似被地球吸引,实则是无法摆脱空间的扭曲。
宇宙中目前所知的黑洞对空间扭曲的效应最强,其周围的事件视界有非常大的重力影响,其附近的逃逸速度远大于光速,所以光线连事件视界都无法逃离,我们的观察行为只能通过引力透镜效应来确定黑洞或暗物质的存在。
爱因斯坦相对论中的“时空弯曲”究竟是怎么个弯曲法?
想要了解爱因斯坦相对论中的“时空弯曲”究竟是怎样的弯曲法,我们首先要明确时空弯曲的概念。时空弯曲在爱因斯坦的广义相对论中被认为是这样的一种存在:由于物质存在,物质和时间也就是时空领域会发生弯曲行为,时空弯曲的是质量或能量所造成的结果。而万有引力则是时空弯曲的具体表现。爱因斯坦用太阳所产生的时空弯曲理论,很好地诠释出水星近日点进动中一直很难解释的43秒,以及遥远恒星的光线经过太阳时所产生的偏折角度。广义相对论中的时空弯曲是会看起来离普通人的常识点远,但实际上无非为了说明时间的流逝过程并不是完全均匀的,快慢皆有时。空间也一样,尺度也在不停变化中,一切皆取决于引力场状况。按常识来讲,光是沿直线传播的,也就是说光经历的路程就是直线。当然,这里面不仅仅意味着只是空间弯曲,而是说时间也会与空间连为一体都是弯曲状态,只用空间弯曲是无法得到正确结果,只有将时空连在一起,才能得到符合观测结果的理论。比如,当恒星发射来的光经过太阳附近时,由于太阳其强大的引力场作用,光的传播方向就会发生弯折。在这种情况下,地面观察者所看到的恒星视位置,也就是光按直线传播所本应该出现的位置,与其实际照射位置其实完全不同。
1919年,英国科学家在南非对太阳日食进行观测,就是依据这个道理。观测结果表明,爱因斯坦预言的引力场会导致时空弯曲,与观测结果绝对符合,这也就能证明了广义相对论的正确性。实际上,整个宇宙乃至地球表面,平直时空只是个看起来的大概景象,而弯曲时空才是普遍现象。但由于人类日常是在地球表面环境下居住,所以这种弯曲效应似乎微乎其微,不考虑其存在其实也并不会对日常生活有多大影响。
在爱因斯坦的狭义相对论中,他解释了重力和加速度之间没有差异的原因。它还解释了重力与时空弯曲的关系。爱因斯坦使用数学方法指出物体使周围的空间和时间弯曲。当物体具有较大的相对质量(例如星体)时,此弯曲可能会使通过它的任何其他物体(甚至是光线)都改变其路径。广义相对论指出,时空的曲率会产生重力。当光穿过某些天体时,其走向是弯曲的,这是由沿天体形成的时空曲率产生的。由于黑洞的质量集中度很高,因此黑洞周围的时空是如此弯曲,甚至光线也无法逃逸。
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