第一课讲的是爱因斯坦广义相对论。
了解这个最美理论之前,首先得了解两个学术背景。
一个是牛顿关于空间的假设。
他认为空间是一个巨大空容器,一个能装下宇宙的大盒子,所有物体都在其中做直线运动,直到有一个力使它们的轨道发生弯曲。
另一个是电磁场。
在爱因斯坦出生前几年,英国两位大物理学家——法拉第(Michael Faraday)和麦克斯韦(James Maxwell)发现了电磁场。
这是一种无处不在的真实存在,它可以传递无线电波,可以布满整个空间;它可以振动,也可以波动,就像起伏的湖面一样;它还可以将电力“四处传播”。
受此启发,爱因斯坦想出一个点子:引力场不“弥漫”于空间,因为它本身就是空间。
具体讲,就是:
空间不再是一种有别于物质的东西,而是构成世界的“物质”成分之一,一种可以波动、弯曲、变形的实体。
我们不是身处一个看不见的坚硬框架里,而是深陷在一个巨大的容易变形的软体动物中。
太阳会使周围的空间发生弯曲,所以地球并不是在某种神秘力量牵引下绕着太阳旋转,而是在一个倾斜的空间中行进,就好像弹珠在漏斗中滚动一样。
漏斗中心并不会产生力量,是弯曲的漏斗壁使弹珠滚动的。
无论是行星绕着太阳转,还是物体下落,都是因为空间发生了弯曲。
伟大数学家高斯的学生黎曼,提出了“黎曼曲率”,用R来表示。
爱因斯坦将这个R与物质的能量等同起来,写成了一个方程。
这个方程,释放了一个光彩夺目的宇宙。
第一,这个方程描述了空间如何在恒星周围发生弯曲。
由于这个弯曲,不仅行星要在轨道上绕着恒星转,就连光也发生了偏折,不再走直线。
这个预测1919年被证实。
第二,这个方程预测,离太阳更近的地方时间会过得比较快,离地球近的地方时间则过得比较慢。
这个也被证实。
第三,这个方程说,当一个大恒星燃烧完自己所有的燃料(氢)时,它就会熄灭。残留的部分因为没有燃烧产生的热量的支撑,会因为自身的重量而坍塌,导致空间强烈弯曲,最终塌陷成一个真真正正的洞,“黑洞”。
当前,大量黑洞被发现。
第四,这个方程指出,空间不可能一直保持静止,它一定在不断膨胀;这个膨胀是由一个极小、极热的年轻宇宙的爆炸引发的。
1930年,人们确确实实观测到了宇宙的膨胀。
我们已经观测到了“宇宙背景辐射”,也就是原始爆炸的余热里弥漫的光。
现在,大多数人都相信宇宙大爆炸理论。
第五,这个方程还说,空间会像海平面一样起伏。
这个就不用多解释了,请搜索刚刚公布的“引力波”新闻。
你还不相信爱因斯坦是上帝的使者吗?
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