第406章空間的研究

類別:都市言情 作者:小啊小提莫 本章:第406章空間的研究

    定引力場中的自由下落因而就是物體的“自然”運動。↗頂點說,對宇宙中任何一個足夠的區域而言,引力的變化不大,則自由下落運動定義出一個局域慣性參考係,其中的物理定律取其最簡單的形式,即由狹義相對論所給出的形式。狹義相對論並沒有被完全拋棄,它是被包括到一個更廣泛的理論中,而仍保持在一定範圍內的適用性。

    李安腦海回想起地球上的一係列常識,狹義相對論,廣義相對論

    狹義相對論時空的剛性結構也像牛頓空間一樣被引力的衝擊完全破壞了。時空連續體變得柔軟了,被它所包含的物質扭曲了,而物質又按照它的彎曲而運動。不過,光線的軌跡仍然是沿著最短路徑。這個時空“軟體”的結構仍然是由光編織的,廣義相對論的本質也仍能由光錐來表示出來。另一種使彎曲時空及其對物質的影響形象化的有用辦法是用一塊橡皮片。

    設想將時空的一部分縮減成二維,且由彈性材料構成。在沒有任何別的物體時,橡皮保持平直。如果把一個球放在它上麵,它就會變形,凹下一個坑,球的質量越大,凹得就越深。這種似乎是空想的表示方式,可以用所謂鑲嵌圖來使之具有數學上的嚴格性。

    同樣的,空間折疊,也是要破壞所有人的認識!

    我們現在來考慮廣義相對論的四維幾何。重要的是,時空是彎曲的,而不僅是空間。黎曼曾試圖以彎曲空間來使電磁學和引力相和諧,他之所以未成功,是因為沒有扭住時間的“脖子”。設想人們把石塊擲向地麵上10米外的靶子。在地球引力作用下石塊將沿連接出手處和靶子的拋物線飛行,其最大高度取決於初始速度。如果石塊以10米/秒的速度擲出,並將用15秒鍾落到目標,則其最大高度為米。

    如果改成用槍射擊。且子彈初速為0米/秒,則子彈將沿高為05毫米的弧線用00秒鍾擊中目標;如果子彈被射到1公高的空中再落到靶子上(忽略空氣的影響和地球自轉),它的總飛行時間就大約是100秒。由此推至極限,也可以用速度為0萬公/秒的光線來射靶子,這時的軌道彎曲變得難以覺察,幾乎成了一條直線。顯然,所有這些拋物線的曲率半徑各不相同。 現在加進時間維度。無論對石塊、子彈還是光子,在時空中量度的曲率半徑都精確地相等,其值為1光年的星級。因此,更合理的法是。時空軌道是“直”的,而時空本身被地心引力所彎曲,不受任何其他力的拋射體將沿測地線運動(等價於沿彎曲幾何中的直線運動)。上麵的例子表明時空是怎樣在時間上彎曲得比在空間上厲害得多的。

    一旦所涉及的速度開始增大,時間曲率就變得重要。公路上凸起了一塊,隻是空間曲率的一點不整齊,一個徒步慢行的人很難覺察到,但對一輛以10公/時的速度行駛的汽車來卻很危險,因為它造成時間維度上大得多的變化。

    “折疊彎曲”

    此時的李安,就好像是一個偏執的科學家!

    但是科學家。哪一個不是偏執的呢?

    我們今都知道時空是彎曲的,可是這個奇怪而又迷人的陳述究竟是什意思呢?

    “彎曲”是一個日常用詞。三維空間的歐幾德幾何允許我們講一維的曲線和二維的曲麵。圓是一個一維幾何圖形(隻有長度,沒有寬度和深度),其半徑越短。則彎曲程度越大。反之,如果半徑增至無限長,圓就變成了直線,失去了彎曲性。同樣地。一個球麵隨其半徑的無限增長也會變成一個平麵(若不計地麵的粗糙,則在局域尺度上看地球表麵是平的)。

    彎曲因而是有精確的幾何定義的。但當維數增加時,定義變得複雜多了。彎曲程度不能再像圓的情況那樣用一個數來描述,而必須講“曲率”。且看一個簡單情況即圓柱麵,這是一個二維曲麵(圖約,平行於其對稱軸所量度的曲率為零,而在垂直方向上的曲率則與截出的那個圓相等。 盡管曲率有多重性,仍然可以定義出一個固有曲率。在二維麵上的每一個點都可以量出兩個相互垂直方向上的彎曲半徑,二者乘積的倒數就是曲麵的固有曲率。如果兩個彎曲半徑是在曲麵的同一側,固有曲率就是正的;如果是在兩側,那就是負的。

    圓柱麵的固有曲率為零,事實上它可以被切開平攤在桌麵上而不會被扯破,而對一個球麵就不可能這樣做。球麵、圓柱麵及其他任意二維曲麵都“包理”在三維歐幾德空間。這種來自現實生活的具體形象使我們覺得可以區分“內部”和“外部”,並且常是一個麵在空間彎曲。但是,在純粹的幾何學,一個二維曲麵的性質可以不需要關於包含空間的任何知識而完全確定,更高維的情況也是如此。

    我們可以描繪四維宇宙的彎曲幾何,不需要離開這個宇宙,也不需要參照什假想的更大空間,且看這是如何做到的。


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