广义相对论是现代物理学的主要组成部分。它基于空间的“弯曲”能力来解释引力,或者更准确地说,它将引力与时空的几何变化联系起来了。19,阿尔伯特·爱因斯坦创立了广义相对论(GRT),即这个“特殊”理论诞生十年之后,应用光速,并假设物理定律在任何给定的参照系中保持不变。但是,乍一看,GRT是不是真的很复杂?
如何理解广义相对论?
爱因斯坦的广义相对论可以用几个字来表达:“时空告诉物质是如何运动的;物质告诉时空是如何弯曲的。”但是,物理学家约翰·惠勒的这一简短描述隐藏了一个更为复杂、更深刻的真理。除了量子理论,广义相对论是现代物理学的两大支柱之一,即:引力理论和关于行星、星系和整个宇宙的理论。它是爱因斯坦狭义相对论的延伸,但在此期间,爱因斯坦整整花了的时间。
根据《新科学家》,根据狭义相对论(SRT),运动可以改变空间和时间。爱因斯坦的GRT结合了在三个多世纪以前伽利略所提出的一个原则:下落的物体无论其质量如何都会以相同的速度加速。
继伽利略之后,艾萨克·牛顿证明了只有在一个奇怪的巧合时才是正确的,即:量化物体对加速度阻力的惯性质量必须始终等于量化物体对重力反应的引力质量。为什么会出现这种情况,我们没有明显的理由,但是,在实验中这两个量没有分开过。
正如爱因斯坦用光速构造了一个特殊的相对论一样,爱因斯坦也把它定义为一个自然原理:对等原理。有了这个概念以及作为时空交织在一起的新时空概念,你就可以构建出一个画面,其中重力只是加速度的一种形式。
大质量物体会扭曲周围的时空,导致物体向其加速。
尽管引力支配着大的宇宙尺度和大物体(例如行星或恒星),但它实际上是已知的四种自然力中最弱的一种,也是唯一一种不能用量子理论来解释的力。量子理论和广义相对论在不同尺度上的应用,这使得我们很难理解大爆炸早期究竟发生了什么,例如,当宇宙非常小时,引力却是很大。在另一种情况下,当这些力在黑洞的事件视界发生碰撞时,就会出现无法解决的悖论。
到目前为止,尽管弦理论和环形量子引力理论之类的尝试都失败了,但一些物理学家希望有一天出现一个“万物理论”能够将量子理论和广义相对论结合起来,同时,爱因斯坦的广义相对论预言,密度极高的质量团会扭曲时空,以至于连光线都无法逃离时空。现在,我们将这些物体称为“黑洞”,可以拍摄围绕这些宇宙怪物的“事件视界”,并且一些人确信每个巨大星系的中心都有一个超大质量黑洞。
爱因斯坦的广义相对论,其数学方程式一次又一次地被证明,目前它是预测引力相互作用最准确的方法,甚至取代了几个世纪前由艾萨克·牛顿提出的方法。
但是,广义相对论最伟大的成功可能发生在,当时科学家发现了引力波,它是由巨大质量物体的运动而引起的时空波动。总而言之,在任何情况下,发展量子物理的广义相对论“版本”仍然是现代物理学一个不变的目标。
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