09.14 地球繞太陽轉?太陽繞地球轉?廣義相對論怎樣將軌道問題複雜化?

網友提問

:有什麼證據可以證明地球的確是圍繞著太陽轉的?

回答: 根據廣義相對論來說,太陽的確是繞著地球轉,地球也繞著太陽轉,但太陽和地球同時也圍繞著處在他們中間的天體——月亮旋轉。

地球繞太陽轉?太陽繞地球轉?廣義相對論怎樣將軌道問題複雜化?

在廣義相對論中,我們可以使用任意座標系。你可以挑選一個以地球為固定中心的座標系,在這個座標系中,地球甚至可以不圍繞著他的軸線旋轉。接下來,當你從中推導出所有與之相關的運動方程,你就會發現,是太陽在運動,而不是地球。

地球繞太陽轉?太陽繞地球轉?廣義相對論怎樣將軌道問題複雜化?

當然,這是一種非常呆板的方式,雖然從原則上來說,所有的方程式都成立,但他們都非常棘手並難以解開,所以科學家們基本不會使用。

那麼為什麼我們要選擇一個太陽處於靜止狀態(或等速運動)的體系呢?因為這樣一來,得到的方程式將更為簡單,或者直觀點說,相比之下更為容易解開。這是物理學中的一個小竅門:我們需要找到一個座標系並推導出運動方程,而這些方程要容易到可以猜出正確的答案。

地球繞太陽轉?太陽繞地球轉?廣義相對論怎樣將軌道問題複雜化?

但諷刺的是,在以前托勒密的體系中,行星以週期和週轉形式圍繞著地球運行實際是一種可行的方式。我們說軌道是橢圓的,但這個橢圓其實是一個週轉圓。它通過其圓心繞著另一個大圓圓周滾動而產生。所以,哥白尼的革命實際是用一種更為簡單,而不是更準確的方式來描述運動的革命。但是哥白尼的方法讓牛頓得出了一個非常簡單的引力定律。因此,費曼曾經說過,物理學的閃耀之處就在於用一種答案顯而易見的方式來描述一個現象。(費曼的失敗僅僅只是因為自旋和統計數據之間關聯性的問題)

地球繞太陽轉?太陽繞地球轉?廣義相對論怎樣將軌道問題複雜化?

所以太陽圍繞著地球旋轉並不是一種錯誤的說法,只是這會讓我們得到一個頗為複雜的方程式,而這樣的方程式不能讓我們更好的去理解引力行為。

廣義相對論是阿爾伯特·愛因斯坦在1907年到1915年間提出並發展的引力理論。根據廣義相對論來說,我們觀察到的物質之間的引力效應都是由於它們對時空的扭曲所引起的。

地球繞太陽轉?太陽繞地球轉?廣義相對論怎樣將軌道問題複雜化?

在20世紀初期,作為一個對物質之間引力的科學性描述,牛頓的萬有引力定律已經被大眾接受了兩百多年。在牛頓的模式中,引力是大質量物體之間所存在的吸引力,雖然牛頓被這個力量的未知性所困擾著,但這個基本框架對於運動的描述是極其成功的。

地球繞太陽轉?太陽繞地球轉?廣義相對論怎樣將軌道問題複雜化?

從實驗和觀察中得知,愛因斯坦關於引力的描述中包含有幾種牛頓定律裡無法解釋的效應,例如水星軌道和其他行星軌道的細微不同。與此同時,廣義相對論對引力新效應也進行了預測,例如引力波、引力透鏡和一種作用在時間上的引力效應,這種效應被稱之為引力時間膨脹。許多的預測都被已經被實驗和觀察證實,而最近一個被證實的是關於引力波的預測。

地球繞太陽轉?太陽繞地球轉?廣義相對論怎樣將軌道問題複雜化?

廣義相對論(GR,也稱為廣義相對論或GTR)是愛因斯坦在1915年用幾何語言建立而成的引力理論,是現代物理學中對引力的說明。廣義相對論不僅發展了狹義相對論,並且對牛頓的萬有引力進行了提煉。他將引力統一描述成時間、空間或時空的一種幾何屬性。實際上,這種時空曲率和時空物質和輻射中存在的能量與動量是直接相關的。這個體系是一種偏微分方程式,我們將其定義為愛因斯坦引力場方程。

地球繞太陽轉?太陽繞地球轉?廣義相對論怎樣將軌道問題複雜化?

許多與廣義相對論有關的預言與經典物理學中的相關預言是非常不一樣的,尤其是與時間流逝、幾何空間、自由落體運動以及光的傳播等有關的問題,這些不同點就包含有例如引力時間延緩,引力透鏡、引力紅移和引力時間延遲。迄今為止,涉及到經典物理學的廣義相對論預言已經在所有的觀察和實驗中得到了驗證。雖然廣義相對論不是描述引力的唯一理論,卻是能與實驗數據相符合的最簡練的理論。但是,我們仍舊有一些問題未能解決,其中最主要的就是如何將廣義相對論與量子物理定律結合起來,以此建立起一個完整且有條理的量子引力理論。

地球繞太陽轉?太陽繞地球轉?廣義相對論怎樣將軌道問題複雜化?

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

3. Quora- forbes- Villa&陽光和鹽

如有相關內容侵權,請於三十日以內聯繫作者刪除


分享到:


相關文章: