5分钟时间,最简短语言讲述《广义相对论》及其周边

广义相对论是牛顿运动定律的终极版本。

也可以反过来说,牛顿运动定律是广义相对论的最简化版本。

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那么有人要问,终极版本和简化版本,中间到底有什么区别呢?区别在于,它们适用的条件,是不一样的。最简化版本,只能在平直坐标(欧几里得时空)里,以及在低速情况下用。终极版本是可以在扭曲的坐标(非欧几里得时空)以及在高速的情况下用。

广义相对论是怎么推导出来的?

推导广义相对论需要承认两个哲学原理:马赫原理和等效原理。

马赫原理是说,所有的运动都是相对运动,所有的加速度也是相对的。这就是为什么叫相对论。

等效原理是说,引力场的局部可以用做加速运动的惯性系代替。

任何物体行进的速度,包括空间弯曲的速度,引力波的传播速度,都以光速为极限。超光速在广义相对论框架内是不可能的。

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广义相对论是物理学的一部分,物理是人类对自然界的数学描述。

广义相对论描述的是,物体的运动规律,在任意坐标系下,在小于等于光速的任何速度下,运动规律的不变性。

狭义相对论描述的是,物体的运动规律,在平直坐标下,在小于等于光速在任何速度下,运动规律的不变性。

牛顿定律描述的是,物体的运动规律,在平直坐标下,在远远小于光速的事情况下,运动规律的不变性。

延伸阅读1:和广义相对论有关的著名科学家

第1位:可以与爱因斯坦比肩的女科学家,艾米诺特。艾米诺特给出了广义相对论的纯数学推导,让广义相对论建立在数学严格的基础上,因此广义相对论是最难被推翻的物理学定律。由此延伸,牛顿定律、狭义相对论都是最难被推翻的物理学定律。不仅如此,她还独自证明了诺特定律,阐述了所有守恒性背后的原因。

第2位:亚历山大佛里德曼,给出了广义相对论宇宙学的解。这个解表明,宇宙起源于一个点,然后就是bigbang大爆炸。

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第3位:史瓦西,给出了广义相对论天体演化的第1个解,一个不旋转不带电荷的黑洞。这个黑豆被称为史瓦西黑洞,黑洞的视界半径,被称为史瓦西半径。

广义相对论场方程是偏微分方程,没有解析解,只有在极端的条件下才会有解。在史瓦西给出了第1个解以后,另外的科学家分别给出了,旋转不带电黑洞的解,和旋转带电黑洞的解。

第4位:霍金。给出了广义相对论场方程有解的边界条件,这些条件被称为能量条件。除此之外他还证明了一个奇点定理:如果奇点不被视界所包裹(出现一个裸的奇点),则物体在落向奇点的过程中会走类空测地线,出现违反时序的情况。

因为大自然不允许出现违反时序的情况,或者说大自然不允许人类看到违反时序的情况,因此所有的奇点都会被事件视界所包裹。这一假设又被称为宇宙监督假设。

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《星际穿越》电影里就是男主人公进入了黑洞内部,在落向奇点的过程中,走了一条违反时序的类空测地线,而返回了过去,看到了她自己女儿长大的情况。

延伸阅读2:爱因斯坦的著名粉丝。

证伪思想最初来源于爱因斯坦。卡尔波普尔是爱因斯坦的狂热粉丝。卡尔波普尔把爱因斯坦的证伪思想上升到哲学的高度,并广为传播。科学的证伪主义,现在为绝大多数科学家所接受。卡尔波普尔还有几个很有名的学生,其中一个最为大众所熟知的叫索罗斯。

相关的这些人物及其事迹,可以去小编的文章里找。


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