關於時空,你需要知道的一切(一)


愛因斯坦最出名的一個原因就是他那個舉世聞名的等式:E=mc2。愛因斯坦的廣義相對論解釋了加速會扭曲時間和空間的形狀。換一句話來說,空間和時間在接近一個高質量物體時會發生彎曲。他另一些重要的想法包括:物理定律在任何地方都保持不變,以及光速是恆定的。

經常用到的一個比喻是把宇宙比作一張四角都被緊緊拉住的床單。如果將一個保齡球放在床單中間,代表太陽,床單的中間會下沉。然後,你可以在下沉部分的邊緣滾動一個網球,那網球就會繞著那個較大的球的軌道旋轉,就像地球圍繞著太陽旋轉一樣。物體的質量越大,時空扭曲的程度越高。物理學家將中間下沉的部分稱為“引力勢阱”。引力勢阱越深,你需要以更快的速度運行才能從中逃逸出去。對於地球來說,這個逃逸速度是每秒11千米左右

空間可能組成了宇宙的結構,但是宇宙總的形狀是什麼樣的呢?有三種可能性,物理學家將它們稱為開放式、封閉式和扁平式。一個開放的宇宙形狀類似於一個馬鞍,一個封閉的宇宙就像地球表面一樣,而一個扁平的宇宙就像一張紙。辨別它們的一個辦法是測量三個星體之間的角度。如果在一個平面上畫三角形,夾角之和會是180度,在一個馬鞍形上畫,結果會小於180度。


愛因斯坦的研究產生的意義之一就是宇宙中的激烈事件將引起時空結構的扭曲。如果你把時空想象成一個池塘的表面,然後兩個黑洞在宇宙之間的某處發生了碰撞。如果廣義相對論是正確的,這個巨大的碰撞會在表面發出漣漪,也就是“引力波”。

引力波以光速在空間中穿行,將空間在一個方向上拉長,在另一個方向上壓縮。

彈跳的光: 光在激光干涉引力波天文臺干涉儀4千米長的雙臂上彈來彈去。當其中的一個波讓雙臂的長度不等時,光會從“暗接口”中漏出,洩露引力波的存在。


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