【物理常见问题】-[版权所有]

Don Koks,2021年。


什么导致重力?

爱因斯坦告诉我们,时空的曲率告诉物质如何运动。您可以从以下演示。找一个气球或一个你可以在上面画画的球,还有一支毛毡笔;然后画出细节如下所示。我第一次看到物理学家比尔·昂鲁(Bill Unruh)在多年前的一次演讲中所作的演讲。

球或气球将代表弯曲的时空。不要担心这是一个封闭的表面,因为我们是不要使用它的整个表面:我们这里不是在讨论一个封闭的时空!这只是一个方便的曲线可以在上面绘制的曲面。因为这是一个二维曲面,我们需要其中一个维度时间,我们仅限于讨论空间的一个维度。将该维度称为up-down。

在球上画两个轴。上下轴沿子午线,时间轴沿赤道。现在在球的周围画两个“小圆”(与“大圆”相对),每个都在球的固定纬度上:例如,加号和-40°。这些圆圈代表了两个人站在地球表面上的世界线,这两个人在地球上的相对位置一维地球。(记住:球不是地球;球是弯曲时空的一部分。)球的子午线,即上下方向,位于小圆之间,代表地球上下方向的身体。球是赤道是地球中心的世界线,沿着子午线远离赤道的每个方向都代表地球两侧向上的方向。

看看每个小圆:它不是测地线,因为它曲线远离大圆。这个弯道是由地面对每个人的支撑力引起。广义相对论假设,如果突然出现一个洞在其中一个人的下面打开地面,这样他就不再由地球的身体支撑,因此可以自由移动,他的世界线将成为测地线。画出来,你会看到他的世界线指向球的赤道,意思是向下。就是说,他摔倒了!

现在回到地球表面静止的人,他的世界线沿着地球上一个恒定纬度的小圆球:比方说,+40°的圆圈。记住,上下是沿着球上的子午线,时间轴是沿着球的赤道。让那个人跳起来,这样他的世界线就稍微偏离了球的恒定斜率圆形。发生了什么?地面不再提供支撑力,男子必须再次遵循测地线在球上。画出来(一个真正的人真正的跳跃只会偏离一个小圆圈),并且你会看到,测地线偏离小圆几厘米,然后再次与之相遇。那个是,而测地线在人离开地球表面和他离开地球表面之间的球上走的路径最短再次着陆时,小圆圈在这两个项目之间的路径更长。结果是,从在地面上,这个男人飞到空中,停下来,然后又倒下。这正是我们所知道的真实情况当我们在空中跳跃时。

牛顿说,当我们跳起来又落下来的时候,我们有一个由重力引起的复杂运动,而地面什么也没做。爱因斯坦持不同观点。他说:“跳起来的人有一个尽可能简单的动作:只是在测地线上穿越时空。他脚下的地面有着复杂的运动,因为世界线[小圆]在时空中弯曲”。

记住:不要沿着球周围的任何曲线走,因为这会对关闭时空,我们不是在谈论封闭的时空。封闭的时空意味着在未来的某一刻,我们会回到遥远的过去。没有理由认为我们的宇宙就像那样。

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