【七堂极简物理课】爱因斯坦与广义相对论

我们好奇物种的起源,于是追溯物种进化的历程;

我们好奇植物的模样,于是记录花开花落的瞬间;

我们好奇风雨的芳香,于是飞向天空去寻找远方;

我们好奇脚下的泥土,于是我们漂洋过海追寻板块的踪迹;

我们好奇海洋的神秘,于是追寻它的广袤,探索它的深邃;

我们好奇空气,好奇水,好奇一切固有的存在,为什么理所当然;

我们永远年轻,永远热泪盈眶,我们永远好奇,永远充满诗意;

我们对于这个世界的好奇心,让我们源源不断的表达着自己炽烈的热爱!!



感谢这本书为我们打开了一个新的世界

我们绝大多数人都处在一个比较尴尬的境地,这就有点像是哥白尼提出日心说之后,绝大多数人仍然相信着“地心说”一样。

在20世纪,随着相对论、量子力学、量子理论的提出,其实人类对整个世界的认知已经发生了戏剧性的颠覆。可是这些颠覆性的认知并没有渗透下来,让每个人都能有所了解。我们对于空间、时间这些概念都有者自己最直接和最感性的认识,这就像我们站在地球上看到的分明就是太阳和星星在围绕着我们旋转一样。而随着我们对物理知识的了解,会发现现实中的真相,其实与我们日常生活中的那些理解相去甚远。

自从我们发现地球是圆的,并且在不断旋转以后,我们就应该明白一个简单而又深刻的道理:事实并非如表面所见

这将是一次无与伦比的认知飞跃




广义相对论的推论过程:

牛顿~万有引力:牛顿试图解释物体下落和星体运转的原因,他假设在万物之间都存在着一种相互吸引的力量称之为心里,那么这个力又是如何牵引两个相距甚远中间又空无一物的物体呢,

牛顿想象物体是在空间中运动的,他认为空间是一个巨大的空容器,一个能够装得下整个宇宙的大盒子,那是一个硕大无棚的框架所有的物体都在其中做直线运动,直到有一个力使他的轨道发生弯曲,那至于空间,或者说牛顿想象的这个可以容纳世界的空间究竟是由什么做成的呢?牛顿终其一生也没有给出答案




就在爱因斯坦出生的前几年,英国的两位大物理学家为牛顿构造的冰冷的世界,增添了新的内容~电磁场

所谓的电磁场,是一种无处不在的真实存在,他可以传递无线电波,可以布满整个空间,他可以震动,可以波动,就像起伏的湖面,爱因斯坦从小就对电磁场非常着迷

很快他就想到,就像电力一样,引力也是由一种场来传播的,一定存在一种类似于电场的引力场,他想弄明白这个引力场是如何运作的,以及怎样用方程对齐进行描述,就在这个时候他灵光一闪,想到了一个非同凡响的点子,引力场不弥漫于空间,因为它本身就是空间!!这就是广义相对论的思想!




其实牛顿所想像得那个承载物体运动的空间,与引力场是同一个东西,这是一个惊世骇俗的理论,对宇宙做了惊人的简化,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,可以弯曲,可以变形的实体,我们不再身处一个看不见的框架之中,而更像是深陷在一个巨大的容易变形的软体动物之中,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的牵引之下围绕着太阳旋转的而是在一个倾斜的空间中进行的,这就好像弹珠在漏斗中滚动一样,漏斗的中心并没有产生什么神秘的力量,是弯曲的漏斗壁使弹珠滚动起来的,所以,无论是行星围绕着太阳转还是物体下落,都是因为空间发生了弯曲!那么我们该如何描述这种空间的弯曲呢

十九世纪有一位伟大的数学家已经写出了描述二维曲面的公式他还让自己的得意门生将这一理论推广到了三维乃至更高的维度曲面,这位学生名为黎曼,他就此问题写了一篇重量级的博士论文,但是当时看来全然无用,论文的结论就是,任何一个弯曲空间的特征,都可以用一个数学量来描述,如今我们就称之为黎曼曲率,用大写的R来表示

后来爱因斯坦也写了一个方程,将这个R与物质的能量等价起来,也就是说,空间在有物质的地方就会发生弯曲!!这个方程式只有半行的长度,空间弯曲这个观点,现在变成了一个方程,然而这个方程中蕴含着一个光彩夺目的宇宙从此广义相对论,这一神器的宝藏向人们展现了一连串梦幻般的预言,他们看上去像疯子的胡言乱语,但是最终却又得到了证实!


首先,那个方程式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走在轨道上面围绕着恒星旋转,就连光也发生了偏折不能再走直线!爱因斯坦预测,太阳就会使得光线偏折到了1919年的时候,这个偏折被测量了出来,从而证实了他的这一预测,其实不仅是空间,时间也会发生弯曲,爱因斯坦曾经预言在地球的高空之中在离太阳更近的地方时间会过得比较快!而在低的地方,离地球近的地方,时间就会过得比较慢,这一预测后来也经过测量得到了证实。

然而好戏才刚刚开始,当一个巨大的恒星,燃烧完自己所有的燃料的时候他就会熄灭,残留的部分,因为没有燃烧产生的热量支撑就会因为自身的重量而坍塌导致空间强烈的弯曲,最终塌陷成为一个真正的洞,这就是著名的黑洞,如今天文学家已经经过自己的观测证实了宇宙中拥有大量的黑洞,并对他们进行了详尽的研究

还有更精彩的,整个宇宙空间,都是可以膨胀和收缩的,爱因斯坦的方程指出空间不可能一直保持静止,它一定是在不断的膨胀,1930年人们确确实实观测到了空间的膨胀,这个方程还预测这个膨胀是由一个极小极热的年轻宇宙的爆炸而引发的,这就是我们现在所说的宇宙大爆炸,人类再一次经历了这样的事情,起初没有一个人相信这个理论

此外这个理论还说,空间会像海平面一样波动目前人类已经在宇宙的双星上观测到了引力波这种效应,与爱因斯坦的预言惊人的一致

最后编辑于
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 194,761评论 5 460
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 81,953评论 2 371
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 141,998评论 0 320
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 52,248评论 1 263
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 61,130评论 4 356
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 46,145评论 1 272
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 36,550评论 3 381
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 35,236评论 0 253
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 39,510评论 1 291
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 34,601评论 2 310
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 36,376评论 1 326
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 32,247评论 3 313
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 37,613评论 3 299
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 28,911评论 0 17
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 30,191评论 1 250
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 41,532评论 2 342
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 40,739评论 2 335

推荐阅读更多精彩内容

  • 本书讲了什么 本书向读者讲述了20世纪以来现代物理学的伟大理论发现。相对论、量子力学、宇宙的结构、空间的颗粒、时间...
    少穻阅读 478评论 0 3
  • 把家长共读,上交读后感的班级币发下去啦!然后问:这个钱就是你的啦!想跟老师和同学一起去影院看电影吗?想跟我们一起坐...
    我是张老师阅读 422评论 0 1
  • 浮月沉心海, 朔期渐勾伤。 猜情又云雾, 不愿赏弧光。
    不如_9f46阅读 213评论 1 1
  • 最近调研了一下游戏服务器设计的问题,周末花了些时间查阅相关的书籍和文章,也了解了一下Photon、KBEngine...
    晓梦蝉君阅读 3,560评论 1 22
  • 我的高考结束整整12年,苦乐掺杂、悲喜交加。十二年过去了,我目送学弟学妹、亲属子弟步入考场,祝福叮嘱,绵延不断。我...
    岑飞君阅读 952评论 8 5