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时空弯曲存在吗?

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时空弯曲存在吗?

行星,在看不见的井中飞驰——弯曲空间中的水星进动 

   即使如光子这样急速而又极轻的物质也会驯服地被空间摆布,更不用说那些行星恒星等天体了。用万有引力来解释天体运动,总是很虚幻而抽象,但当你想到它们不过是在倾斜的空间舞台上转动时,不但能够形象地感知天体运动的奥妙,而且会觉得更合理。被摇动的骰子可以在碗沿上转动而不落到碗底;驾驶摩托车前进的井底飞车演员可以在倾斜的井壁上转圈而不摔落下来。一旦它们都停止前进,只有一个结果:落到最低处。我们的地球以每小时10万多公里的速度绕太阳公转,如果它停下来,不但马上失去四季更替的自然景观,而且将携带着所有生命落入太阳的熔炉中化为乌有。对于地球是这样,对于太阳系的其它行星也是这样,这就是行星公转运动的必要性。为什么行星停止公转就必然落入太阳的熔炉中呢?因为太阳利用自身重量在它的周围空间制造了一个凹陷的陷阱,地球和其它行星像一个个弹珠一样在这个陷阱的边缘向前快速滚动才不至于落入井底的太阳中。 
   当然,有人一定马上跳出来反对这样的说法,他们列出的理由是:应该是牛顿的万有引力像一根无形的绳子一样牵住了地球在绕行,就像你用绳子拉住一个铁球转圈一样简单。但是在解释水星的进动现象中,牛顿的引力定律遭受了彻底的失败。 
   1846年,法国巴黎天文台的青年天文学家肋维烈根据天王星的运动,采用万有引力公式进行计算准确预测了海王星的位置,这使他更坚信太阳系内还有新的行星没有被发现,并把目光转向了水星轨道以内。他很快发现,水星绕太阳的轨道并不是固定不变的,而是每转一周,其椭圆轨道的长轴便会像时钟上的时针一样前进一点,形成所谓的“水星近日点进动”现象(如图示)。水星近日点进动幅度很小,在天空中每年约挪动0.12度的位置,相当于时针在钟面上走了面前书中逗号大小的1/6,这样大约每3002年水星的长轨道轴将会像走动的时针一样转过整整一圈。按照发现海王星的经验,这就意味着水星轨道内还有一颗未知的行星。这个发现使肋维烈十分兴奋,他甚至为它取好了名字叫“祝融星”。可是直到肋维烈去世后的100年中,所有根据牛顿理论寻找“水内行星”的努力都只是竹篮打水。“水星近日点进动”现象成了牛顿引力理论无法破解的谜。 
   直到1915年,爱因斯坦发表了广义相对论,并用这个理论计算出水星的近日点进动幅度与当时的观测值只有千分之二的误差,达到惊人的一致。爱因斯坦是这样用相对论来描述水星进动的:水星最靠近太阳,这里的引力场比其它行星所处的引力场强多了,时空也就弯曲得更厉害,形成一个陡峭的深井。特别是在近日点,水星不得不在那里下陷得更靠近太阳,就像飞车在更陡直的井壁下滑了一段距离一样,这段距离改变了它的轨道。其实后来测量到地球、金星等行星都在近日点有进动现象。这使我们相信,行星的运动不是平面运动,它们在空间里转圈的同时,还顺着倾斜的弯曲空间下滑。 
   对空间弯曲的崭新认识,使人们抛弃了寻找“祝融星”的陈旧观点,也使人们认识到牛顿建立在平直空间认识上的万有引力理论不过是对宇宙小范围观测上的近似处理。 

     时空为什么这样崎岖? 


   空间为什么会弯曲,在弯曲的空间中物体究竟怎样行走才能最省力省时? 
   空间弯曲在常态下是不容易感知的,而像黑洞和中子星这样的极端环境人们又无从达到。所以在人类连续几千年的智慧中,都没有实现过对空间弯曲的感知。包括牛顿,他把平直的引力观念推广到了整个太阳系,并认为可以推广到整个宇宙。是爱因斯坦从那种错误中将真理拯救了出来。爱因斯坦认为,空间是四面八方立体交错的有纹理织物,是一张厚厚的看不见的网,在这样的网中,任何物体也不可能真正实现自由运动,而且我们眼中看见的物体因为吸引产生运动的动力其实甚至不是一种力,而是处在时空倾斜情况下的必然行为。 
   牛顿曾经无法弄清引力是怎么回事,他只好把引力的来源归之于“上帝”。只有爱因斯坦的相对论,才使人们明白,空间曲率才是引力现象真正的原因。在这个曲面中,我们中学一直学习的平面几何理论都只是对空间弯曲极小情况下的近似描述。所以一到弯曲厉害的空间中,它就完全失灵甚至成为彻底的谬论。 
   有了物质才有空间,但空间又与物体截然不同。空间为物体存在提供了一个支撑的舞台,这个舞台的形状只会被质量改变,密度越大质量越大的物体,在空间舞台上会凹陷得越深,这就跟在一块橡皮毯子上放一个哈密瓜和一个同样大小的铅球一样,后者会把毯子压出一个深深的坑。不过,我们的空间才不是像橡皮一样柔软呢,虽然你能非常自由地在空间中穿行。让空间发生形变的难度有多大?我们让一块钢板发生弯曲、凹陷这样的形变已经很困难了,但让空间发生同样形变的难度是钢板的1032倍。这个数字在牛顿看来是无穷硬,是不可弯曲的,但爱因斯坦告诉我们,不管使空间弯曲有多难,它总有一个度。在空间的毯子上面放上一个太阳,它产生的凹痕也只有几个原子大小!但黑洞就不同了,它能将附近的空间拉过来包住自己,所以你看不见黑洞,只能发现它被周围的空间捂得严严实实。 
   总之,没有质量的地方空间确实是非常平直的,是质量改变了这一切,而质量无处不在,所以空间无处不崎岖。

这里说的是真的还是假的?有没有这回事?我朋友说牛顿说对的,但是我认为爱因斯坦才是对的,牛顿说的现象只是一种表面的东西。
大家怎么看?只有五分这么多,多就没有了

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好评回答
  • 2006-06-20 09:47:07
    窃以为你不仅想确认“时空弯曲”,更想确认“牛顿和爱因斯坦谁对”。
    其实,他们都是对的。你可以这样来想:
    牛顿理论是一种经典理论,或者说是一种近似的方法,在小尺度、低速度范围是对的(虽然有误差,但极小,可忽略)
    爱因斯坦理论则精确得多,特别是在大尺度(宇宙)、高速度(光速)的情况。(此种情形沿用牛顿理论误差很大)
    当然,即使根据爱因斯坦理论仍然存在误差,人类还需要进一步探索。

    2006-06-20 09:47:07

其他答案

    2006-06-23 23:50:53
  • 相对论来说是对的。
    但还没有人可以证明出来

    铃***

    2006-06-23 23:50:53

  • 2006-06-19 22:24:36
  • 怎么说呢,自然是爱因斯坦对的,这就是爱因斯坦的广义相对论的通俗描述。希望你能有兴趣进入这个领域。

    大***

    2006-06-19 22:24:36

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