通俗的解釋什麼是“廣義相對論”

幾年前,意大利蒙扎市議會禁止寵物的主人把金魚養在彎曲的魚缸裡

。提案的負責人解釋,因為金魚會透過彎曲的魚缸,看到歪曲的景色,這對它們來說是殘酷的。

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意大利議會的提案似乎比咱們的很多政協提案還奇葩,不過這個提案的背後,其實隱藏著一個有趣的物理學和哲學思想

試想一個有趣的情景:

假設這些魚是智慧的,他們根據對魚缸外部的世界的觀察,以及分析歸納,得到了一套完備的“金魚物理學”。

只不過在金魚物理學裡,所以我們看到的直線,變成了它們的曲線而已。

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注:以上例子和思考,來自霍金所著的《大設計》一書,霍金提出一種哲學思考,如果我們認為金魚物理學是錯的,我們何以得知我們擁有真正的,沒被歪曲的實在圖像?

我們今天仍然使用這個例子,但是思考另外一個問題,假如金魚們中出現了一個愛因斯坦,發現了魚缸外的物質運動規律,並提出直線運動的概念,恐怕其他的鯨魚會驚訝得張大嘴巴,因為這實在太“超出生活經驗”,“反常識”,“反直覺了”。

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沒錯,這就是今天說的第一個觀點,其實人類有點兒類似於這些金魚,我們經歷了600萬年的進化到今天,但大腦並沒有賦予我們“用生活經驗,就能理解宇宙運行規律”的功能。

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所以下面的部分內容,你或許會覺得非常反直覺,非常奇怪,但這並不代表它是錯的,反而,那些“

詭異的理論”,被實驗證實是真的。


廣義相對論,委婉地說:就是以一種新的理論,詮釋了“引力’是咋回事。

不客氣地說:以一種新的理論,說明"引力"這東西壓根就不存在

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What??

我們回想一下,咱們中學課本的內容。

也就是牛頓的觀點:“萬有引力”

一切東西之間,都有引力。物體質量越大,引力越大,距離越大,引力越小。

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引力

蘋果掉到地上,就是受到了地球的引力作用。

地球繞著太陽轉,就是受到了太陽的引力作用。

但是,廣義相對論則認為:有質量的物質,彎曲了“時空”。這種彎由,影響了其們也物體的運行,造成了似乎是有“引力”的樣子。

聽起來有點繞吧。還是拿剛才的例子來說,地球,彎曲了地球周圍的時空,所以蘋果沿著這一時空運動,就掉下來。

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太陽,彎曲了它周圍的時空,地球沿著這一時空運動,就繞著太陽轉。

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圖為地球在太陽周圍被彎曲的時空中運動

美國物理學家惠勒,給廣義相對論了一個最經典且簡單的概括:物質決定空間如何彎曲,空間決定物質如何運動。

同樣,這個看似奇怪的理論,也是被實驗證明正確的。

一個事實是,在同步衛星上的時鐘與地球表面是相對靜止的,按理來說,其快慢應與地球上一致。但實際上,衛星上的時鐘每天要快38微秒。就是因為在那個較遠的位置,地球引起的時空彎曲較小,時間會過得更慢。

好吧,說這麼多,那意思就是萬有引力是錯的咯?我們的中學課本是騙人的嘍?

呃~嚴格來說,萬有引力理論確實只是一種近似。只不過在我們一般接受的範圍內,牛頓引力已經夠用,夠精確了。而且如果想讓中學生一上來就學時空扭曲,強解相對論場方程,那也太……

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引力場方程

不過話說回來,相對論也遠非完美,或許有一天,人類能找到另一個更好更完備的理論來解釋世界,就像100年前,相對論拓展了和修正了牛頓力學一樣。

或許是因為有趣;

或許只是不甘於做一隻金魚吧。


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