宇宙奥秘——深度挖掘:我们知道地球围绕太阳转,但地球怎么知道太阳在哪里?

        在浩瀚的宇宙,速度是我们探索太空的关键,但速度和它对宇宙的影响是难解的谜题。有件事可以确定,速度能开启大门,通往一个我们意想不到的宇宙。在宇宙中,速度决定一切。爱因斯坦告诉我们速度如何改变时间和空间,向我们展示了宇宙奇特的一面,一个速度统治一切的宇宙。

        爱因斯坦的狭义相对论指出,速度如何改变时空结构,在接近光速时,时间变得缓慢行走,在达到光速时,时间就停滞不前。同时爱因斯坦还提出了广义相对论,广义相对论被称为人类史上最伟大的科学理论。

      广义相对论是基于狭义相对论,以及狭义相对论对速度的解释,广义相对论提出关于宇宙运作的全新科学理论,在这些理论中解释最清楚的就是重力。重力是在两个有质量的物体之间作用的力量,所以只要是有实体的东西,就有自己的重力场,而且会对重力场起反应。重力确保地球上所有事物不会飘走,把一颗球往天上扔,重力会把球拉下来。重力也确保所有行星绕行太阳。但长久以来,没人知道其中的原因,困难在于认清为何会是这样,地球确实绕行太阳,但地球怎么知道太阳在哪里?

        广义相对论提出了答案,原来一切都跟时空有关。宇宙万物皆在时空结构中存在,任何有质量的事物,例如星体或行星都会扭曲时空结构,就像把重球放在一张橡胶布上。那么把重球放在橡胶布中间会发生什么呢?橡胶布会凹陷下去,而重球就类似太阳,如果把一个玻璃球放在橡胶布上,玻璃球就会自动感知到重球(也就是太阳)的位置,而玻璃球就类似地球。太阳,地球或宇宙中其他天体也是这样,它们扭曲时空结构,附近较小的物体都会掉落。扭曲的时空能解释月球为何绕行地球,以及地球为何绕行太阳,绕行速度避免月球坠落地球,也让地球免于撞上太阳。

        广义相对论让我们更了解重力,但也预测了似乎只会出现在科幻小说的某种事物。它预测谜底极高的天体会撕裂时空结构,我们称之为黑洞。黑洞是巨大天体,在时空结构造成又大又深的凹陷。把超大质量压缩成一小点就形成黑洞。当地球所有质量都被压缩成不到一英寸宽的小点才会变成黑洞。从本质上来说,黑洞是变成超新星的巨大恒星残留物,是恒星死亡后的产物。

        越接近黑洞,绕行速度要更快才能留在轨道,事实上,当太过靠近黑洞,速度再快都无法留在轨道,即使以光速移动都逃不出黑洞,这就叫事件视界。事件视界是重力极强之处,任何速度,包括光速都无法留在轨道。

        我们一直没有亲眼看见黑洞,但科学家认为在宇宙中,每个星系中心都有一个,因为他们看到每个星系中心,都有强大能量急速涌出,包括我们所在的银河系。科学家们也看到物质不断旋转,然后消失在看似空无之处。广义相对论指出,速度对宇宙运作扮演的角色,这虽然撼动了物理学的根基,却也让我们对宇宙了解更深,广义相对论预测黑洞的存在,也指出在宇宙可能发生奇特现象。

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