爱因斯坦相对论中的“时空弯曲”,在常人看来简直荒谬至极,到底是怎么个弯曲法?

殊宇


相对论,曾经一度被认为世界上理解它的人不超过10个,如今已经普及但物理课本中,这本身就已经给出了问题的答案。

之所以有些人会认为相对论荒谬至极,甚至不分青红皂白地反对相对论,就是因为相对论太颠覆我们的传统思维了。就像几百年前当有人提出地球是圆形的时候,很多人认为疯子才会认为地球是圆的:我们看到的地球明明是平的,怎么会是圆的呢?

这就是我们认知上的局限性和片面性!

那么相对论中的“时空弯曲”到底是如何弯曲的呢?

首先要理解时空弯曲,必须从根本上抛弃我们的传统思维,那就是在浩瀚的太空尺度,没有所谓的“上下”之分!

不少人会把时空弯曲硬形容为“重球放在布料上压缩布料”的情况,这只是一种形象的理解起来比较简单的比喻,事实上并不是十分准确,有质量的物体弯曲时空是从各个方向上都有弯曲的!就好比把一个铅球放进一堆棉花当中,并不像我们认为的铅球只会压缩下面的棉花,对“四面八方”的棉花都有影响都有压缩,因为太空中没有“上下”之分!

相对论中的弯曲时空并不是一种思维上的理论,是经过精密的实验证明过的,科学家们在天文学上的很多观察现象都证明了相对论的正确性。所以,反对相对论中的时空弯曲没有错,拿出说服力的证据,科学是需要证据的,信口开河的质疑都没有任何意义!

个人认为,认为相对论荒谬至极的基本上都只是了解到了相对论中的皮毛,如果让他们说下相对论到底是什么,他们说不出个所以然来,只是一句话:反正相对论是错的,是荒谬至极的!

但如果连相对论本身到底是什么都不知道,上来就说相对论是错误的,岂不更加荒谬至极?


宇宙探索


其实在常人看来,许多物理现象都是荒缪至极的。常人会认为某些物理规律很抽象,很不可思议,他们崇尚简洁,认为抽象的东西是不靠谱的,这也是民科反智的原因所在!

其实什么是抽象?什么是具象直观?这压根就没有标准,不是因为生活中常见的逻辑就是简洁的,也不是我们很难见到的量子纠缠就是抽象的。这在于我们对生活中信息的接收量远远多于生活之外的信息,习以为常的事物变得不再抽象,不习以为常的事物第一次出现在你面前你会很不自然。


大部分人一辈子可能都不会研究相对论,而大部分人一辈子都非常熟悉人际关系。所以人际关系中的规律就显得比物理规律直观而明了!其实真实的大自然既有生活中的规律,也有大家不常见的自然规律!

我们回归正题,时空弯曲难理解吗?其实一点都不难,听我慢慢道来

如果直接告诉你空间是弯曲的,你肯定会感到无厘头,因为这完全违背直观的生活体验,我们从来没有见过也感受不到弯曲的空间。但是弯曲空间却隐藏在常识知识的推理之中。

即便按照每个人都懂的逻辑进行推理,你也会明白空间弯曲的道理!

其实对时空弯曲的理解一定要明白等效原理。鉴于题主完全不了解这些知识,我就不废话地讲概念了。我尽量通俗化的叙述

我想大家都坐过电梯吧。电梯上下加速的时候,你总是能感受到加速度,有的人甚至会产生心慌的感觉。如果我问你,把你蒙上眼睛,再送到电梯中,你还能感受到自己身处电梯中吗?答案是依旧能,因为你能感受到向下的加速度,你会有失重的感觉。

那我现在问你,怎么才能让你蒙上眼睛也感受不到你此时就处在电梯中呢?

其实很简单,就是让你所在的电梯上升的加速度等于地球表面的重力加速度9.8m/s²

那好,现在把你的所在的电梯用9.8m/s²的加速度发射到宇宙深空中,并且周围一光年内都没有星体对你造成引力干扰。

因为你所在的电梯和地球有着同样的重力加速度,那么你会站在电梯里不至于飘起来,这感觉就和站在地球表面一样。 那么试问:你怎么判断你是站在地球上,还是在太空中以9.8m/s²的垂直于电梯底部向上加速运动呢?


答案就是:只要你不看电梯外面的景象,你是无法察觉你到底身处宇宙中还是在地面上。

如果这个时候,你用一个红光笔,平行于电梯底部照射在电梯内壁上,这光线在你看来没有任何改变。倘若地球上的人能观察到电梯内部的情况,那么地球人看到的这条光线就是弯的!

为什么呢?

因为这束光线是在电梯内部发射的,电梯还有向上的加速度,而光线还有水平于电梯底部速度(也就是光速),这就像是高中学的抛物线一样。


这是垂直于电梯底部向上的加速度和水平的光速合成的路径,所以地球人看起来就是弯曲的光线。(你或许会说,地球人观察的光线会超光速,因为电梯里的光线还有电梯的加速度,但是我们观察的光速依旧不变,光速可以按照空间/时间算出,空间改变了,光速还不变,能改变的就是时间了。)

其实电梯里的人也有质量,地面的人也有质量,不过一个是在以重力加速度飞行,一个是在地球的引力场上,其实他们的质量是相同的,前者就是惯性质量,后者就是引力质量。因为前者可以通过F=ma算出质量,后者可以通过万有引力公式算出质量。

所以这就告诉我们,不要在意引力质量和惯性质量的区别

天文数据告诉我们:光线在经过太阳周围会发生弯曲。但是你可以认为这个太阳不存在,把太阳的引力替代成其表面加速度就行。所以这时候的光线就有一个前进的光速和垂直前进方向的加速度,所以光线会弯曲。


是不是这样理解一下就明白为什么光线经过太阳会弯曲了,就好像是空间弯曲了一样。其实空间只是一个宽泛的概念,它是通过物质的分布来体现出的。物质在引力场周围普遍会弯曲,也就证明空间是弯曲的。其实时间和空间是一个整体,空间弯曲了,时间也必然弯曲。

这就是时空弯曲,天体质量越大,引力就越大,其时空弯曲越显著。所以飞船在经过黑洞视界外的时候,时间会相对于地球过得很慢!


科学认识论


广义相对论中的“时空弯曲”一点都不荒谬,只不过离普通人的常识略微有点远而已。但实际上也并不算太远,无非就是说时间不是完全均匀的流逝过程,有时候快、有时候慢;空间也一样,尺度也是有变化的,取决于引力场状况。只要真正弄清楚了,就会知道确实就是那么回事。

按一般常识,光是直线传播的,也就是说光走过的路程就是直线。看下图a:

这个图表示的是在人们日常生活环境下仰望星空时的普通常识。但如果在特殊条件下,比如光在传播的过程中路过一个质量非常大的天体,比如太阳,那么情况就会发生变化。如下图b所示:

从图中可知,当恒星发射来的光经过太阳附近时,由于太阳强大引力场的作用,光的传播就会发生弯折。在这种情况下,地面观察者所看到的恒星视位置,也就是光按直线传播所应该出现的位置,与其实际位置并不一样。那么怎么才能知道这一点呢?很好办,就是与不经过太阳时的观察结果对比一下,便可明了。1919年,英国科学家爱丁顿在南非对太阳日食进行观测,就是依据的这个道理。观测结果表明,爱因斯坦所预言的引力场导致时空弯曲,与观测结果完全符合。这就证明了广义相对论的正确性。

当然,这里面不仅仅意味着空间是弯曲的,而是说时间也与空间连为一体都是弯曲的,只用空间弯曲,无法得到正确结果,只有将时空连在一起,才能得到符合观测结果的理论预言。

实际上,整个宇宙包括地球表面,平直时空只是个近似,而弯曲时空才是普遍现象。但在地球表面的日常生活环境下,这种弯曲效应微乎其微,不考虑它的存在也并不会对人们的日常生活有多大影响而已。

一家之言,欢迎拍砖!


国科大王大明


时空弯曲是广义相对论中提到的内容。时空分开解读就是时间与空间,而它们正好也是一体的。

广义相对论中提到,具有一定质量的物体可以扭曲它周围的时间与空间,而扭曲程度的大小可以用时空曲率来表示。

做个形象一点的比喻,宇宙原本的时空就像一个无限伸张的弹力床,此时放置一个具有一定质量的天体在上面,那么很自然的那块地方将下沉,就好比下面这幅图:

当物体具备的质量越大时,那么下沉的趋势就越明显,它的时空曲率就越大,时间与空间被扭曲得就越厉害。

黑洞正是时空曲率无限大的天体,天文学家史瓦西计算引力场方程时得出来一个解,这个解表明,如果将大量的物质聚集于空间上某一点,那么那个点周围就会出现不可思议的现象。

在这个点的周围会形成一个界面——视界,任何物质包括光线若进入界面之中便无法逃离,后来物理学家惠勒将这种称之为“黑洞”,黑洞由此而来。

黑洞中心周围时空曲率无限高,也可以理解为时空弯曲率,或者弯曲度,就像题目中说得那样,这样你就好理解了吧。

如果还不好理解,就看下面这张图,图中介绍的是位于土星附近的卡西尼号探测器向地球发射信号,信号在太阳巨大质量形成的引力场下明显的发生了延迟,而这正是由于太阳的巨大质量扭曲了它周围的时空的缘故。


一枚游戏科幻迷


《时空弯曲》

在网络上看到过很多,这样的解释。

宇宙,像一个沙发。各个星球,落在沙发上,就会把沙发,压塌下去一点。那么沙发的形状,就是空间的形状。空间变得弯曲。

这是一种科学的描述。你得有科学的基础知识,你才能确信,这解释是合理的。因为普通人很难想象,沙发,和物理空间有着什么样的关系?因为沙发看得见,而星际空间是看不见的。

我用生活中的,一些来源和现象,来解释一下,你体会一下。这是一种,很有趣的解释。

不知道,你对权力场,是否会有一些认知?

在社会之中,权力场也叫权力空间。也就是说,这个权力,所能执行的范围。

举个例子。A打算去见C,途中会路过B的旁边。

A——政府职员(普遍人)

B——权力要职

C——A的朋友

这个时候你就能清楚的明白。如果你是个普通人,没有在权力场之中。那么你经过B的时候,是会直线走的。因为权力场对你没有任何的影响。但是你倘若是个政府职员,你经过B地附近的时候,你一定会去和B做个礼貌的招呼,哪怕多绕一点路。这就是权力,对权力场职员的吸引。

其实这种例子很多,在生活中,只要对你有吸引力的东西,一定会改变你,原本的秩序。

比如,金钱场空间、国家势力空间等等。这些东西其实一直都在改变命运的轨迹。只是你已经习惯了,所以你没有感觉。

再来解释一下关于,时间场的弯曲问题。

因为时间,对于科学的解释目前来说并不明确。时间也是个抽象的,概念。所以如果用弯曲来形容,其实不太合适。爱因斯坦的解释也是时间的,长短会发生改变。这样的理解就容易得多。

网上曾经流行过一段,爱因斯坦解释的,坐在火炉边和坐在一个美丽的姑娘边时间过的,不一样的感觉。这种解释非常直白,也很好理解,每一个谈过恋爱的人都知道。

我的理解是这样的——《三类时间》(不一定是对的,但一定会让你思考)

一直思考如何简单地归类这个世界,而后依类各自展开。此处依时间和运动方式来展开,个人所思。

宇宙的运动有三种方式(三种界限):

1、 螺旋圆周运动。各种天体运动为此种模式。

2、静止运动。各种无生命物质为此种模式。

3、生命运动。各种生物及人类社会为此种模式。

为何这么区分呢?细细来看:

一、 圆周运动没有起点、没有终点。任一点即是起点也可以理解为终点,是故永恒。时间在此为永恒,也就是没有时间的起点和终点。我们所看到的一天24h只是其中的一周——任意节取的一段。如果弃除掉人为设定的年、月、日。其实质完全没有分别和变化。换句话说,你此刻看到的月亮和未来看到的月亮是一样的。不同之处在于人类贴上了时间刻度标签。这就是物理学上的时间概念——人为设计的。只起作用,没有意义。

二、静止运动。为何称之为静止运动,因为相对论称静止是相对的,不是绝对的。但此界之静止为绝对的。这种静止是没有时间的,时间为零。这种运动起点就是终点,没有起点也无终点,运动时间为零。而且生命时间也为零——因为没有生命。时间对此种运动没有任何意义,也不会导致其产生任何变化。

当外力作用导致其平衡被破坏开始,运动时间开始,直至其新的平衡建立为止,运动时间结束。这一段时间为运动时间(物理学致力研究的部份)。而且确切的来讲,时间是按倒计时计算的。直到运动结束时间归零。这种运动时间为物理时间,只有数值意义。

老子说“无生有,道生一”。对于以上二者运动,时间都是不存在的,对外(观察者)即没有存在的意义(任意时间都一样),对内(自身)也不产生时间的变化。时间为无。可一旦外力界入,平衡被打破。时间就产生了,时间的“有”就来了。这一点非常象生命运动。但这依然是外力作用的物理时间。

以上二者运动有相同之处:1、时间不导致运动和本体发生变化;2、运动永远处于平衡状态,无起点和终点之分,所以没有时间之分别。时间为即为无。

三、生命体及其附属运动。

这种运动才是有意义的。出生为起点,死亡为终点。时间的每一秒变化都导致生命体发生变化。这种运动既有起点也必有终点。从这点来说人类必然会灭亡的。

因为这种运动本身为不平衡运动。物理中的匀速直线运动在自然中是不存在的。宇宙为什么不选择这种运动方式一定有其道理。

生命及社会的发展不仅是外力(外因)、而且是主要由内力(因内)推动的。其从静止状态(无)开始运动(平衡打破)至源动力(内因)枯竭而终止,重新保持静止(无)状态,生命结束。这一过程为生命时间或群体生命时间。或许会问倘若一直有内力界入那么生命不是可以一直延长的吗?不可能!为什么?生命运动的特征:内力(内因)>外力(外因)时→成长。内力(内因)=外力(外因)时→平衡、维持。内力(内因)

对个体生命而言:内因是生命力,生命力来自意识驱动。外因抛却人类社会本身还有自然空间。对社会或企业而言。开创之初,社会及企业的意识作为力、执行力是最高的,成长就快。成长到一定阶段,来自对手的竞争及更大空间的压力越来越大。然后开始衰退(淘宝大不大?再大竞争对手就是国家了)。所以必然会衰落。无法保持平衡,是因为利益不可能统一。这是人类的个体的宿命,群体的斗争需要所致。

所以老子说“无争故无忧”。

这种运动实际上有两重时间:外部运动时间和内部运动时间。每一重时间各对应一种运动(生存)方式。1、人其一为物(静止状态),这种时间符合第二类物质的静止运动时间。没有分别。你上班从家到公司所记录的时间为物理时间,只有刻度时间段。运动结束,时间结束。2、另一重时间为生命内部的变化时间——成长、衰老、死亡。此为一生。社会运动本质上也有生命时间,长短而己。

今天我们乘坐汽车、飞机以为节约了时间。实际上我们的生命时间没变。改变的只是物理运动时间的长短。对于生命而言,时间的步伐是不变的,与外力(外因)没有任何关系,后者只改变生命的长短,不改变生命时间的快慢。

二种时间意义不同。生命时间(真实存在)的长短与快慢科学家并没有深思(这是生命空间里的时间)。只是简单的以物理时间(人为设定)来计算。

生命及社会运动均不是平衡的圆周运动。运动状态为螺旋直线性(二力作用结果)。有起点、一定就有终点。因为平衡一定不会久存。这是生命运动的特有状态。但生命为什么会成长?

或许可以没想一下。没有运动之前,时间为无。有了人类生命运动之后,时间有了,而且是按倒计时计算的。那么按辩证法和《道德经》而言。既有生命的向前运动,一定有另一样东西向后运动,时间也是相反的。是什么呢?


来去无意58911149


爱因斯坦相对论中"时空弯曲",描述的是地球在转动,而发光的恒星相对于地球是不会运动的。

别被官科,比如答题区ID为@国科大王大明等,绕得不明所以。应该很简单理解"相对论"就是以光速和光运动方向看"时空",时空就是平坦的,那么人是静止的,那么空间就是弯曲的。这就是狭义相对论。

可以用这个图来说明,当地球上某人看到某恒星,按光线直线传播,得到到的理解图为图1。


图1 人眼看恒星认为恒星位置

如图1,人眼看到恒星,认为恒星与人是一条直线,其实错了,人在地球上,地球在绕太阳运动,当远处恒星发的光,经过光速的时间T后,人眼才看见恒星,那么这段时间T内地球已经不在图1的直线上,所以图1的描述是错的,而是按图2来描述。

图2 恒星视觉位置与实际位置

根据图2,恒星是在曲线的实际位置发光,发光经过时间T后,地球绕太阳过去碰到人眼,人眼按光直线一拉发现恒星在图就发现恒星在"视位置",实际恒星是在"实际位置",至于怎么拉直线,如按光线直线传播原理,图2的曲线是错的,应该是直线,太阳☀挡住不住恒星的光。比如这个实验,可以用一把手电筒光和蜡烛光验证,蜡烛光不能挡住手电筒的光。

至于有些不负责任的科学家往往为了炫耀学术,把简单理论弄复杂,就是把普通理论描述时候,重新弄一套学术定义后,在添加一些高深莫测的公式,如宇宙中光线在"宇称"力作用下如何如何弯曲,会形成"光线引力效应",弄些新定义砸这些像我等老实人,把物理学吹的玄之又玄,妙之又妙,非得交点学费才能找到众妙之门😊,弄"恒星引力透镜"等故弄玄虚,这样科研经费才能有着落。

总之,爱因斯坦"相对论"是在同一个惯性系统内,描述物体运行状态时,以人眼接受光运动的角度来参考分析描述其他非光速运动物体的运行状态。


辉歌49


时空弯曲,是相对于我们平时观察时空,测量与计算其距离与速度,是依靠眼睛完全认同光线是直线行走。

我们计算距离最主要依据是直线距离,速度也是在直线距离上建立起来的。

时空弯曲,就是说在星球的磁效应或者叫引力的作用下,光线(甚至声音)不走直线,而是走曲线,而我们的视觉却错误的告诉我们光线走的是直线。

如果光线从来没有走直线,那么我们对星体,对一切物体的感官距离就是不真实的。比如说宇宙半径137亿光年,这只是感官中光的直线距离,而不是真实的直线距离(可以定义为绝对距离),如果光线弯曲成螺旋状,或许真实的直线距离只有几个光年,甚至更近。

所以,时空弯曲的理论,是建立在超感官能力的理性逻辑上的,证明了感官世界的虚妄不实。


般若究竟涅槃


前面各位大牛V提出了各种对广义相对论的质疑,其实归结到一点就是广义相对论的完备性,在运动下的完备性。

我们知道,任何一个事物都可表达成数学上的一个集合;其上的时空结构和运动,包括信息本身,都是按某种规律来“运算”的。这就是说,我们将事物简单地看作集合,还是不“完备的”,不完全的,还得在集合上定义各种运算(一般只能有二个,一个是“乘法”,抽象乘法运算;另一个是抽象加法运算),还得给出在其运算下的完备性质,或条件。

进一步拓展人类的认识基础。将大的系统看作是小的系统,按一定规律组合而成。在数学上的表示就是,将集合中的子集做为元素,形成子集族的集合,我们称其为拓扑。因此,我们常将一个具体物质系统称其为一个拓扑空间。

广义相对论给出的引力拓扑空间是黎曼的,是黎曼子空间形成的拓扑空间。这个拓扑空间上的运算是由其上的一个子集给出的,或表达的,类似狭义相对论上的洛仑兹变换群,因此,形成了优美、简洁的悖论形式,或自洽形式。而任何实际系统,其局部局限性,也就是说,它总是要在环境中,或更大拓扑空间中运动,则其拓扑完备性必遭破坏,遭轻微破坏,各种守恒性质,只是近似守恒而已。

广义相对论同样是这个问题。其给出的时空拓扑“弯曲”性质,没错!但其在任何环境下,还是要考虑完备性的修正。比如,可积、可测问题;完备集才具有可积和可测性。

目前看,费米子在引力空间沿时空曲率梯度线运动;玻色子(光子等无静质量粒子)沿时空等曲率线、面、体…运动,形成螺旋式的“弯曲”轨迹。黑洞等大引力场“囚禁”光子很可能是在其“等曲率面”上,即所谓黑洞视界上。


谭宏21


首先你要明白什么是空间和时间。空间描述的事物之间的相对位置,时间描述的是物质演变的过程。空间不会弯曲,时间也不会变慢变快。首先说一下时间。爱因斯坦说时间尺度会变化,只是空想出来为光速不变原理自圆其说。爱因斯坦发现,高速运动的物体,比如1倍光速运动的物体发出的光将会具有两倍光速。怎么自圆其说呢?那就解释说时间慢了一倍,你看它发出的光还是1倍光速。在这儿爱因斯坦犯了两个错误。1.光速它并不是一种运动速度。光是两个物质之间的一种作用关系,本质上和电磁波引力波是一回事。这种作用关系只取决于两个物质之间的相对位置,与它们的运动速度没关系。这种作用关系以30万公里的速度传播。为什么有这种作用关系呢?因为物质实际上就是能量,能量的存在会产生能量场,30万公里其实就是这种场的传播速度。2.如果高速运动的物体,比如一个飞船,它上面的时间会变慢的话,那么在这艘飞船内部的照明光线,就会以高于光速的速度传播。或者换一种反驳方式:如果用原子钟来计时,时间会变慢的话,那将产生什么结果?再来说一下空间。要描述空间,就需要有一个坐标系。我们可以用三维直角坐标系来描述宇宙空间。这种描述下,空间会发生弯曲?无稽之谈!引力透镜,光线发生弯曲,恰恰说明空间没有弯曲。因为你为什么知道光线是弯曲的,是对照了平直的空间来作出的判断。如果空间发生了弯曲,你根本看不出光线发生了弯曲。那么为什么会产生引力透镜呢?物质其实就是能量,能量存在会产生场,这个场的作用使光线发生了弯曲。


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空间弯与直如何判断?在小范围内,根本就无法区别。对可测空间,小范围内,全是欧氏空间。对于已认识的宇宙范围来说,现具有的测量精度,就测不出来,银河系所在范围内,空间有弯曲现象。

可测空间的几何定义。在运动中,弧长是不变量。测地线等价于短程线。在弧长不变的条件下,连接两点之测地线是唯一的。如果测地线可变形但还是测地线,则两点之测地距离就变化了。与弧长不变逻辑冲突。要不冲突,就必须承认空间是非可测空间。不存在短程线了。

弯曲的空间是与欧氏空间比较产生的概念。弯曲定了之后。可比喻它是由欧氏空间纽曲而来。但是,空间可测与空间还可继续纽曲是不能在同一个空间内共存的。

如果因引力中心之位移,就可纽曲新位置之空间。则空间只能是非可测的。非可测空间内不存在短程线。纽曲从局部开始,影响全空间能在超距约束之下完成吗?只要空间足够大,就不能立即完成。可能永久也完不成,因为,并未证明“宇宙空间有限”。

要实现广义相对论。需否定已有的几何理论,另外建立起新的几何理论。未建立起来以前。广义相对论之逻辑相客性无法证明。


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