相对论到底说明了什么?能确切的解释一下吗?
主要解决了牛顿没有解决的问题,牛顿虽然厉害,但是他也不知道下面这几个问题该如何是好,今天开始我们比牛顿还聪明了。
一、引力是如何产生的?
二、为什么行星会围绕太阳运行?
三、爱因斯坦的广义相对论,它最主要的两个方程
四、引力传播的时间是怎样实现?
一、引力是如何产生的?广义相对论认为 ,因为有物质的存在,它会提供一个引力源,有了引力源之后会造成时空弯曲。
并且时空弯曲跟物质的多少有关,如果物质越多,它的引力场就越强,造成时空弯曲的程度就越大。
通过一个弹性非常好的薄膜来看
如果弹性很好的薄膜,在这个二维世界上没有任何物体,空无一物的时候,显然,它是一个平直的薄膜。
如果我们在它中心,逐渐给它堆上一些沙子,薄膜它就会逐渐地会弯起来,你堆入的物体越多,它的弯曲程度也就越大,通过这个简单的事例,薄膜上的世界就弯曲了。
二、行星为什么沿着太阳运行?广义相对论的另外一个核心思想, 它用时空弯曲取代了引力场的概念。
在牛顿力学下,认为行星绕着中心天的运转,是因为受到引力的作用使得它做偏离惯性的运动来解释的。
而在 广义相对论下他认为, 一颗行星绕着中心天体运行,并非受到一个力的作用,而是因为有引力存在,使得时空产生了弯曲,物体在这个弯曲的时空当中,沿着测地线在运行。
对于测地线这个概念,实际上是一个几何,或者说是一个地质学当中的概念,我们这里以地球的球面为例。
比方说把纽约和巴黎,这两个地点拿来说事,那么这两点之间,怎么样一个距离最短呢?
如果我们可以打隧道的话,显然是直线最短,但是如果我们给一个约束,只能够沿着地球的表面走,那么它的最短距离会怎样呢?
显然我们可以通过这两点,做一个地球最大的圆,它其中短的那段圆弧,就是它的测地线,所以说我们这就有了测地线的概念。
三、爱因斯坦的广义相对论,它最主要的两个方程:一个是爱因斯坦场方程
另外一个是测地线方程
爱因斯坦场方程,它对应的就是有物质的存在,就存在有能动的张量,就会使得。时空的弯曲就会使爱因斯坦张量产生相应的变化。
测地线方程告诉我们就是,如果有一个实验粒子在弯曲时空当中运行,那么它就是由测地线方程所决定的,所以这才是广义相对论当中,最重要的两个方程。
四、相对论效应影响我们的生活我们举一个例子来看
相对论效应如何影响到我们的生活,我们现在经常会使用到一个定位的系统,比方说我们经常通过手机来进行定位。
而定位系统是GPS全球定位系统,它通过GPS卫星和地面的一些基站来通过精确的时间测量,把用户的位置测出来。
GPS卫星的轨道很高,速度很快,所以说卫星上的时钟相对于地面的时钟,每天会存在7微秒的延缓的效应。
这个效应是来自于狭义相对论的 动钟延缓效应
但是,卫星轨道的引力场相对于地面引力场要弱上很多,这就使得,在卫星轨道上的时钟,相对于地面上的时钟,它会跑得快,每天它会快上45微秒左右的时间。
因为在引力势越深的地方,会存在一个时钟延缓的效果,所以一天下来对于GPS上卫星实际上是这两种效应的叠加,产生累积的效果,会比地面上的钟一天它要快。
所以,必须对它进行校正,我们才能够得到一个精确的GPS的数据。
狭义相对论证明了光速不变,广义相对论证明了时空弯曲。
广义相对论主要内容是强调“时空”的相对性,将“速度”变成了影响“时空”的重要原因。在那个广为人知的两个栾生兄弟乘坐光速飞船旅行“试验”中,速度就是造成时间差异的原因。
很明显,爱因斯坦是根据速度来定义时间的,但这里必须指出,在真实的世界里,物体空间位置的变化,并非是时间的唯一计量。化学反应过程,动植物的生长过程,物体共振等,都与时间密切相关。
而在那个光速旅行“试验”中,不同速度下两兄弟生长发育与时间的关系,却被假定为不变。所以,这个思想“试验”是存在逻辑矛盾的。