20分鐘瞭解《七堂極簡物理課》:最美的理論是什麼?

第一課講的是愛因斯坦廣義相對論。

20分鐘瞭解《七堂極簡物理課》:最美的理論是什麼?

瞭解這個最美理論之前,首先得了解兩個學術背景。

一個是牛頓關於空間的假設。

他認為空間是一個巨大空容器,一個能裝下宇宙的大盒子,所有物體都在其中做直線運動,直到有一個力使它們的軌道發生彎曲。

另一個是電磁場。

在愛因斯坦出生前幾年,英國兩位大物理學家——法拉第(Michael Faraday)和麥克斯韋(James Maxwell)發現了電磁場。

這是一種無處不在的真實存在,它可以傳遞無線電波,可以佈滿整個空間;它可以振動,也可以波動,就像起伏的湖面一樣;它還可以將電力“四處傳播”。

受此啟發,愛因斯坦想出一個點子:引力場不“瀰漫”於空間,因為它本身就是空間。

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具體講,就是:

空間不再是一種有別於物質的東西,而是構成世界的“物質”成分之一,一種可以波動、彎曲、變形的實體。

我們不是身處一個看不見的堅硬框架裡,而是深陷在一個巨大的容易變形的軟體動物中。

太陽會使周圍的空間發生彎曲,所以地球並不是在某種神秘力量牽引下繞著太陽旋轉,而是在一個傾斜的空間中行進,就好像彈珠在漏斗中滾動一樣。

漏斗中心並不會產生力量,是彎曲的漏斗壁使彈珠滾動的。

無論是行星繞著太陽轉,還是物體下落,都是因為空間發生了彎曲。

偉大數學家高斯的學生黎曼,提出了“黎曼曲率”,用R來表示。

愛因斯坦將這個R與物質的能量等同起來,寫成了一個方程。

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這個方程,釋放了一個光彩奪目的宇宙。

第一,這個方程描述了空間如何在恆星周圍發生彎曲。

由於這個彎曲,不僅行星要在軌道上繞著恆星轉,就連光也發生了偏折,不再走直線。

這個預測1919年被證實。

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第二,這個方程預測,離太陽更近的地方時間會過得比較快,離地球近的地方時間則過得比較慢。

這個也被證實。

第三,這個方程說,當一個大恆星燃燒完自己所有的燃料(氫)時,它就會熄滅。殘留的部分因為沒有燃燒產生的熱量的支撐,會因為自身的重量而坍塌,導致空間強烈彎曲,最終塌陷成一個真真正正的洞,“黑洞”。

當前,大量黑洞被發現。

第四,這個方程指出,空間不可能一直保持靜止,它一定在不斷膨脹;這個膨脹是由一個極小、極熱的年輕宇宙的爆炸引發的。

1930年,人們確確實實觀測到了宇宙的膨脹。

我們已經觀測到了“宇宙背景輻射”,也就是原始爆炸的餘熱裡瀰漫的光。

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現在,大多數人都相信宇宙大爆炸理論。

第五,這個方程還說,空間會像海平面一樣起伏。

這個就不用多解釋了,請搜索剛剛公佈的“引力波”新聞。

你還不相信愛因斯坦是上帝的使者嗎?


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