时空弯曲到底取决于质量大小还是密度?

NewStream


正儿八经地说应该是“质量”。但密度实际上是描述空间上质量的分布的一个物理量,跟时空弯曲也是有联系的。但“到底取决”的还是质量!


黑洞的例子说明一切

根据资料的推算示例,黑洞的密度并不是恒定的值,似乎黑洞越大,密度就越小,其体积是以事件视界来算的。

  • 恒星级别的黑洞:质量= 2×10^31千克,事件视界内的体积= 3.4×10^12 立方米。密度将是6×10^18 千克/立方米。

  • 星系级别的黑洞:质量为2×10^39 千克,事件视界内的体积= 10^37立方米,密度= 200 kg / 立方米。

一个星系级别的黑洞,其密度才200 kg / 立方米!!! 而常温常压下水的密度是1000KG/立方米。黑洞的密度居然可以比水还小!


但时空弯曲的量怎么描述其大小呢?

我们说广义相对论将引力认为是时空的弯曲,但显然,一个星系产生的引力远远超过一颗恒星。那么我们是否必须说,星系级黑洞造成的时空弯曲要大于恒星级黑洞产生的时空弯曲呢?

答案似乎是肯定的!

上图:不同质量的天体,造成的总曲率是有差异的。



我们再来把黑洞变成同质量的星系和恒星

与黑洞同质量的恒星或者星系产生的引力实际上跟黑洞相同。

也就是说,对于外部来说,两个天体内部物质的质量如何分布并不改变其总的引力大小,只要质量相同其向外产生的引力都是一样。所以从这样的逻辑来说,显然引力大小,以及时空弯曲的大小跟天体的密度没有关系,而只跟质量相关。

上图:不同天体造成的时空曲率。

(a)左-太阳;

(a)右-压缩成白矮星的太阳(质量相同)

(b)-压缩成黑洞的太阳(质量相同)

在远处,同质量造成的曲率相同;但在近处,压缩与不压缩造成的曲率就有差异了。


但是,这是对外部来说……

对内部来说情况就不一样。恒星内部的物质受到的时空扭曲的程度就跟同质量黑洞内部的物质不一样,当然这显然是由于内部的引力分布不均所致。也就是说对于天体内部,其内部系统的质量分布改变了内部将决定其内部各点的时空曲率。但这仍然跟密度不太好挂钩,因为密度并不探讨质量分布的问题,质量分布是一个几何问题,而非一个简单的数量。因此说密度决定了时空的弯曲量怎么讲也是不科学的。




另一个衍生问题:质量的中心也不等于引力的中心(质心不等于重心)

质心是基于质量的,而重心是基于重量的,这两个“心”在非孤立系统中不会重合。因此,我们在探讨时空弯曲的时候也要注意不要把质心认为是重力的中心。也就是说,虽然引力是基于质量的,但引力中心不一定在质量的中心。


当物体上的重力场均匀时,质心和重心是相同的。但是,当天体进入在空间中不均匀的重力场时,重心将发生偏移,而质心是保持不变的。

上图:均匀引力场中的物体质心与重心重合,非均匀引力场中,质心与重心不重合。



爱因斯坦的广义相对论并没有说过如果把一个大质量平摊到很大的范围里就不太会产生一个指向某个固定方向的引力

引力的范围是无穷远,因此无论如何分散质量,这些质量也会因为引力而被吸引到一处,聚集起来。除非质量变成能量辐射出去。

我们的宇宙当中的天体之所以不断相互远离(如哈勃观察到的那样),是因为宇宙中存在着目前科学仍未能解释的暗能量不断地推动空间膨胀所致。爱因斯坦的广义相对论并不包含关于暗能量的相关理论,因此也无法解释这种现象。


上图:引力与暗能量的相互抗衡形成了我们宇宙现在的样子。


总结

时空弯曲取决于质量,这是基本正确的。物质的密度无法描述时空弯曲的细节情况,因为质量的分布是一种几何量,仅用密度无法描述。我们要注意重心也不等同于质心。此外,爱因斯坦没有说过质量分散到足够大就无法产生引力了。


小宇堂


重力的本质:

一般讲,我们把一个物体放在流体中,让它处于自然状态,它会朝固定方向运动,那么使它朝固定方向运动的这个力,就叫该物体的重力。

比如,苹果在空气中,它会朝下落,使它朝下落的这个力,就是苹果的重力。那么苹果的重力是如何产生的呢?是由于苹果上方下方空气弹性差值产生的。也就是说,苹果上方空气弹性小,苹果下方空气弹性大,苹果弹性更大。那么苹果弹性与苹果上下方空气弹性分别作用后,发现苹果弹性与苹果上方空气弹性的差值更大,差值更大也就是上方空气对苹果的斥力更大,所以苹果因为上方空气的斥力而下落。

所以说,重力的本质就是流体对物体的斥力。流体可以是水,空气,真空等。


天山我才


质量决定发生弯曲的总体积的大小

质量决定弯曲的曲率


第一缕风


所谓时空弯曲只是一种几何描述,因为广义相对论是以黎曼几何为数学基础的,黎曼空间就是个椭圆面的有限曲面空间。

当光线在强引力的作用下,会发生弯曲。光线的弯曲并不是时空的弯曲,而是光线运动轨迹的弯曲,说明光线的运动状态发生了变化。

对引力本质的认识,牛顿认为物体引力的相互作用是超距作用,爱因斯坦认为引力是时空弯曲的表现。相比之下,爱因斯坦等于什么也没有说,只是含糊其辞地给了一个几何解释。

如果从地球表面的惯性力与所受的地球重力来看,如果两者相等,应该有:

ma=mg

也就是:a=g

似乎表明惯性加速度与重力场之间有某种联系。爱因斯坦就是根据这个关系得出的等效原理,等效原理的本质就是场与加速度等效。

如果场与加速度等效,那就说明场并不是物质,而是对电磁运动形态的描述。如果引力是靠场来传播的,那么就是以光速运行地球作用于太阳的引力需要多长时间才能到达太阳?从飞机上投掷炸弹,炸弹与地球之间的作用是靠场传播的吗?实质上,炸弹落地是由重力加速度决定的,在炸弹与地球之间不会有某种媒介存在。

感觉场的概念越来越象十九世纪的以太概念。以太是假设的波的传播媒介,场则被解释为电磁力与引力的传播媒介。既然这样,就应该能计算出引力在场中的传播速度,可至今没有听到这方面的消息。

感觉对引力本质的认识,爱因斯坦比牛顿还要模糊。爱因斯坦实际上把场变成了十九世纪的以太,对无法解释的物理问题统统推给场,而场看不见摸不着,无形无色无影无踪,使引力变得神秘而诡异。

真正弯曲的不是时空,而是黎曼几何的椭圆曲面。时空不存在弯曲问题。


经济相对论580


先引入一个“时空密度”的概念,结论:时空密度与质量、距离相关。

1、首先明确一下“时空弯曲”的含义。我们经常在屏幕、书上看到描述时空弯曲的图,但这并不是时空弯曲的真情写照,因为图是平面的,而现实是三维立体的。我们可以根据这张图想象出它的立体图形:一个球体,它周围有无数个大套小的球面,这些球面就表示时空弯曲。同一个中心球体,距离它越近,其时空密度越大;而二个不同质量的球体,在同样的高度,质量大的球体,其时空密度大。

2、二个天体,一个质量大(比如黑洞),一个质量小(比如恒星),在距离这二个天体都是10米的上空,则黑洞的时空密度大,因此,距离相同时,质量越大其时空密度越大。

3、同一物体,距离它越近,其时空密度越大。假设把月球与一个与月球同等质量的黑洞都放在地球表面,小黑洞能一点一点地把地球吞噬掉的,月球却不能,同等质量的物体为什么作用不同哪?这就牵扯到距离的问题。假设在地球上各取离地面上月球和小黑洞最近的二块100斤物质,月球上各个质量点的平均质量点在月球中心,它到这100斤的物质的距离是月球的半径,而小黑洞离那100斤物质的距离则很近,对同样100斤物质的作用,其小黑洞的作用远大于月球的作用。因此,同一物体,离它越近其时空密度越大。


惠舒旅社老板


时空不会弯曲,说通俗点,宇宙大汽球表面不平整,有一个个坑窝窝,平整的大柏油路面瀾了,一凹一凹坑,对吗?

为何不会,又是专业人说的,整个宇宙,能量佔70%,暗物26%,明物4%,又说暗能是斥力即使宇宙被吹涨,而明能(光及引力)只产生于4%明物,微不足道了,一个太平洋的水能被几小孔渗漏使太平洋那多水窝下去吗?暗能70%吹涨汽球力干啥啦?弯个屁,不吹凸起都不错了,小心你的大轮胎爆胎才是真,大家要联系以往其说法看看是不是矛盾百出了。


分享到:


相關文章: