時空彎曲到底取決於質量大小還是密度?

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正兒八經地說應該是“質量”。但密度實際上是描述空間上質量的分佈的一個物理量,跟時空彎曲也是有聯繫的。但“到底取決”的還是質量!


黑洞的例子說明一切

根據資料的推算示例,黑洞的密度並不是恆定的值,似乎黑洞越大,密度就越小,其體積是以事件視界來算的。

  • 恆星級別的黑洞:質量= 2×10^31千克,事件視界內的體積= 3.4×10^12 立方米。密度將是6×10^18 千克/立方米。

  • 星系級別的黑洞:質量為2×10^39 千克,事件視界內的體積= 10^37立方米,密度= 200 kg / 立方米。

一個星系級別的黑洞,其密度才200 kg / 立方米!!! 而常溫常壓下水的密度是1000KG/立方米。黑洞的密度居然可以比水還小!


但時空彎曲的量怎麼描述其大小呢?

我們說廣義相對論將引力認為是時空的彎曲,但顯然,一個星系產生的引力遠遠超過一顆恆星。那麼我們是否必須說,星系級黑洞造成的時空彎曲要大於恆星級黑洞產生的時空彎曲呢?

答案似乎是肯定的!

上圖:不同質量的天體,造成的總曲率是有差異的。



我們再來把黑洞變成同質量的星系和恆星

與黑洞同質量的恆星或者星系產生的引力實際上跟黑洞相同。

也就是說,對於外部來說,兩個天體內部物質的質量如何分佈並不改變其總的引力大小,只要質量相同其向外產生的引力都是一樣。所以從這樣的邏輯來說,顯然引力大小,以及時空彎曲的大小跟天體的密度沒有關係,而只跟質量相關。

上圖:不同天體造成的時空曲率。

(a)左-太陽;

(a)右-壓縮成白矮星的太陽(質量相同)

(b)-壓縮成黑洞的太陽(質量相同)

在遠處,同質量造成的曲率相同;但在近處,壓縮與不壓縮造成的曲率就有差異了。


但是,這是對外部來說……

對內部來說情況就不一樣。恆星內部的物質受到的時空扭曲的程度就跟同質量黑洞內部的物質不一樣,當然這顯然是由於內部的引力分佈不均所致。也就是說對於天體內部,其內部系統的質量分佈改變了內部將決定其內部各點的時空曲率。但這仍然跟密度不太好掛鉤,因為密度並不探討質量分佈的問題,質量分佈是一個幾何問題,而非一個簡單的數量。因此說密度決定了時空的彎曲量怎麼講也是不科學的。




另一個衍生問題:質量的中心也不等於引力的中心(質心不等於重心)

質心是基於質量的,而重心是基於重量的,這兩個“心”在非孤立系統中不會重合。因此,我們在探討時空彎曲的時候也要注意不要把質心認為是重力的中心。也就是說,雖然引力是基於質量的,但引力中心不一定在質量的中心。


當物體上的重力場均勻時,質心和重心是相同的。但是,當天體進入在空間中不均勻的重力場時,重心將發生偏移,而質心是保持不變的。

上圖:均勻引力場中的物體質心與重心重合,非均勻引力場中,質心與重心不重合。



愛因斯坦的廣義相對論並沒有說過如果把一個大質量平攤到很大的範圍裡就不太會產生一個指向某個固定方向的引力

引力的範圍是無窮遠,因此無論如何分散質量,這些質量也會因為引力而被吸引到一處,聚集起來。除非質量變成能量輻射出去。

我們的宇宙當中的天體之所以不斷相互遠離(如哈勃觀察到的那樣),是因為宇宙中存在著目前科學仍未能解釋的暗能量不斷地推動空間膨脹所致。愛因斯坦的廣義相對論並不包含關於暗能量的相關理論,因此也無法解釋這種現象。


上圖:引力與暗能量的相互抗衡形成了我們宇宙現在的樣子。


總結

時空彎曲取決於質量,這是基本正確的。物質的密度無法描述時空彎曲的細節情況,因為質量的分佈是一種幾何量,僅用密度無法描述。我們要注意重心也不等同於質心。此外,愛因斯坦沒有說過質量分散到足夠大就無法產生引力了。


小宇堂


重力的本質:

一般講,我們把一個物體放在流體中,讓它處於自然狀態,它會朝固定方向運動,那麼使它朝固定方向運動的這個力,就叫該物體的重力。

比如,蘋果在空氣中,它會朝下落,使它朝下落的這個力,就是蘋果的重力。那麼蘋果的重力是如何產生的呢?是由於蘋果上方下方空氣彈性差值產生的。也就是說,蘋果上方空氣彈性小,蘋果下方空氣彈性大,蘋果彈性更大。那麼蘋果彈性與蘋果上下方空氣彈性分別作用後,發現蘋果彈性與蘋果上方空氣彈性的差值更大,差值更大也就是上方空氣對蘋果的斥力更大,所以蘋果因為上方空氣的斥力而下落。

所以說,重力的本質就是流體對物體的斥力。流體可以是水,空氣,真空等。


天山我才


質量決定發生彎曲的總體積的大小

質量決定彎曲的曲率


第一縷風


所謂時空彎曲只是一種幾何描述,因為廣義相對論是以黎曼幾何為數學基礎的,黎曼空間就是個橢圓面的有限曲面空間。

當光線在強引力的作用下,會發生彎曲。光線的彎曲並不是時空的彎曲,而是光線運動軌跡的彎曲,說明光線的運動狀態發生了變化。

對引力本質的認識,牛頓認為物體引力的相互作用是超距作用,愛因斯坦認為引力是時空彎曲的表現。相比之下,愛因斯坦等於什麼也沒有說,只是含糊其辭地給了一個幾何解釋。

如果從地球表面的慣性力與所受的地球重力來看,如果兩者相等,應該有:

ma=mg

也就是:a=g

似乎表明慣性加速度與重力場之間有某種聯繫。愛因斯坦就是根據這個關係得出的等效原理,等效原理的本質就是場與加速度等效。

如果場與加速度等效,那就說明場並不是物質,而是對電磁運動形態的描述。如果引力是靠場來傳播的,那麼就是以光速運行地球作用於太陽的引力需要多長時間才能到達太陽?從飛機上投擲炸彈,炸彈與地球之間的作用是靠場傳播的嗎?實質上,炸彈落地是由重力加速度決定的,在炸彈與地球之間不會有某種媒介存在。

感覺場的概念越來越象十九世紀的以太概念。以太是假設的波的傳播媒介,場則被解釋為電磁力與引力的傳播媒介。既然這樣,就應該能計算出引力在場中的傳播速度,可至今沒有聽到這方面的消息。

感覺對引力本質的認識,愛因斯坦比牛頓還要模糊。愛因斯坦實際上把場變成了十九世紀的以太,對無法解釋的物理問題統統推給場,而場看不見摸不著,無形無色無影無蹤,使引力變得神秘而詭異。

真正彎曲的不是時空,而是黎曼幾何的橢圓曲面。時空不存在彎曲問題。


經濟相對論580


先引入一個“時空密度”的概念,結論:時空密度與質量、距離相關。

1、首先明確一下“時空彎曲”的含義。我們經常在屏幕、書上看到描述時空彎曲的圖,但這並不是時空彎曲的真情寫照,因為圖是平面的,而現實是三維立體的。我們可以根據這張圖想象出它的立體圖形:一個球體,它周圍有無數個大套小的球面,這些球面就表示時空彎曲。同一個中心球體,距離它越近,其時空密度越大;而二個不同質量的球體,在同樣的高度,質量大的球體,其時空密度大。

2、二個天體,一個質量大(比如黑洞),一個質量小(比如恆星),在距離這二個天體都是10米的上空,則黑洞的時空密度大,因此,距離相同時,質量越大其時空密度越大。

3、同一物體,距離它越近,其時空密度越大。假設把月球與一個與月球同等質量的黑洞都放在地球表面,小黑洞能一點一點地把地球吞噬掉的,月球卻不能,同等質量的物體為什麼作用不同哪?這就牽扯到距離的問題。假設在地球上各取離地面上月球和小黑洞最近的二塊100斤物質,月球上各個質量點的平均質量點在月球中心,它到這100斤的物質的距離是月球的半徑,而小黑洞離那100斤物質的距離則很近,對同樣100斤物質的作用,其小黑洞的作用遠大於月球的作用。因此,同一物體,離它越近其時空密度越大。


惠舒旅社老闆


時空不會彎曲,說通俗點,宇宙大汽球表面不平整,有一個個坑窩窩,平整的大柏油路面瀾了,一凹一凹坑,對嗎?

為何不會,又是專業人說的,整個宇宙,能量佔70%,暗物26%,明物4%,又說暗能是斥力即使宇宙被吹漲,而明能(光及引力)只產生於4%明物,微不足道了,一個太平洋的水能被幾小孔滲漏使太平洋那多水窩下去嗎?暗能70%吹漲汽球力幹啥啦?彎個屁,不吹凸起都不錯了,小心你的大輪胎爆胎才是真,大家要聯繫以往其說法看看是不是矛盾百出了。


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