第5部分(2 / 4)

狹義理論有直接的聯絡。大部分的應用還是用於天文學的標度上。廣義相對論很明顯地受制於新增了極小修正後的牛頓萬有引力理論。此外,其數學理論被認為是極其難以理解的。英國的天文學家愛丁頓爵士(Sir Arthur Eddington)是第一個能全面理解這個理論的人,曾經有人問及,是否在這個世界上只有三個人能理解廣義相對論。據說他的回答是:“誰是那第三個人?”

這種情形持續了大約四十年。廣義相對論不僅對物理學家,而且對於純粹的數學家和哲學家而言都是一門可敬的學科。然而,大概在1960年,人們對廣義相對論的興趣再次復甦,使其成為物理學和天文學裡的一個重要分支。這次復甦有其根源。首先,在大約1960年初,新的數學工具在廣義相對論上的運用,使得計算大大得到了簡化,這讓物理上的重要概念能同數學上的複雜性分別開來;第二,廣義相對論在發現外來天象上起著重要作用,其中包括類星體(1963),3開氏度微波背景輻射(1965),脈衝星(1967)和發現黑洞的可能(1971)。此外,在20世紀60和70年代,隨著科技的進步,新的高精密工具在實驗中得到運用,能測試出廣義相對論是否是正確的重力理論。

狹義相對論和廣義相對論中彎曲的時空之間的最大區別是程度上的不同。狹義相對論通常是接近於彎曲的時空,這個彎曲的時空在足夠小的時空區域裡是有效的,就如一個蘋果的整個表面如果取極小的一段來看也接近於平面一樣。針對在原子或者原子核物理中的大量應用,這種接近值非常精準,精準到相對作用能被假定為是正確的,換句話說,重力被假定為是完全不存在的。從這點看來,狹義相對論和它所有的推論都有可能來自於一個簡單的假設。但是在重力條件下,狹義相對論近似其自然本性,對等原則決定了物質是如何回應彎曲時空的。最後,廣義相對論是為了瞭解時空在物質存在下,能夠彎曲到何種程度。

狹義相對論

狹義相對論的兩個基本概念是慣性框架和相對論準則。慣性框架可以指向任何領域,比如自由落體實驗,即所有物體都作勻速直線運動。這個領域擺脫了重力原則,被稱為伽利略系統。

自由落體是重力的基本表現。比如,一個下墜的物體,被扔入空氣中,在它的運動軌道上的任意一點都是自由落下的。儘管被許多天體的重力場所幹擾,物體也許不會真正的朝著地心落下。當一個在一個容器裡面自由落下時也是自由落體,並且體現了失重的現象。重力對人和容器都有相同的影響,所有對於容器來說沒有加速的感覺。

相對論準則是,假設所有的物理實驗結果都在一個慣性座標系的實驗室中,那麼這些結果相對於座標系的勻速運動是獨立的。換句話說,在任何慣性座標系中物理規律都必須有相同的形式。那麼可以得出一個推論,無論光來源的速度或者觀察者的原因,光的速度在慣性框架中肯定是一樣的。事實上,所有的規律和狹義相對論的結果都來源於這些概念。

第一個重要的結果就是同時性相對論。因為在不同區域裡的同時事件的操作性定義包含了他們之間光訊號的傳遞,所以,當一個座標系相對於另一個座標系進行移動時,在一個慣性座標系內同時進行的兩件事情將不會同時進行。這個結論將推翻牛頓一個著名的概念,即通用時間。在一些方面,狹義相對論最重要的結論是,當它與量子力學合併時,它引導了許多對實驗結論的預測。

相對論的數學基準是1908年,由一位德國數學家赫爾曼?閔可夫斯基(Hermann Minkowski)發明的。他發展了“四維時空連續統”的概念,這個理論包含了時間及三個空間維度。

對等原則和時空曲率

狹義相對論的閔可夫斯基時空理論與重力存在不相容。當一個地球的粒子,在一個座標系中具有慣性,但在一個重力場可以忽略不計的地方,那麼這個粒子在地球附近將不會有慣性。然而,這兩者的近似相容的性質可以被一個著名的重力理論證實,這個理論被稱為弱等效原理(WEP):所有規模不大的物體,在所提供的外界重力領域內,無論其質量、成分或者結構如何,它們都有相同的加速度。這個原則的正確性已經被伽利略、牛頓、弗里德里希?貝塞爾(Friedrich Bessel)以及20世紀初的巴隆?羅蘭?馮?伊洛特洛斯(Baron Roland von Eotvos)證實(此後這樣的實驗都是以為他的名字命名的)。如果一個觀察者在重力環境下乘

本站所有小說均來源於會員自主上傳,如侵犯你的權益請聯絡我們,我們會盡快刪除。
上一頁 報錯 目錄 下一頁
本站所有小說為轉載作品,所有章節均由網友上傳,轉載至本站只是為了宣傳本書讓更多讀者欣賞。
Copyright © 2025 https://www.kanshuwo.tw All Rights Reserved