无穷远处的逃逸速度是0，即那里的空间是平直的

无穷远处的逃逸速度是0，即那里的空间是平直的


【揭秘】从爱因斯坦场方程说起
共40页 1  2  3 4 5 6 7 8 9 10 11下一页末页 页码:

作者:databit 提交日期:2013-10-08 16:47
　　那么时空弯曲究竟是由什么引起的呢？
　　在回答这个问题之前，我们要先弄清所谓的时空弯曲究竟是什么时空的弯曲，或者说爱因斯坦场方程所描述的时空究竟是不是我们所感受到的时空。如果爱因斯坦场方程所描述的时空根本不是我们所感受到的时空，那我们就需要重新考虑这个方程的物理意义。
　　不要不加思索地认定广义相对论的四维时空一定就是我们感受到的宇宙，我们需要仔细分析是否还存在其它可能性。




作者:databit 提交日期:2013-10-08 17:06
　　广义相对论对吗？从天文观测的意义上讲，广义相对论是对的，因为它的推论完全满足天文观测数据。
　　量子力学对吗？从原子物理的意义上讲，量子力学是对的，因为它的推论完全满足原子物理的观测数据。
　　“但是它们不可能都对，因为广义相对论与量子力学并不协调”------不要吐槽我，这句话不是我说的，是我引用的。
　　我相信逻辑，所以如果广义相对论与量子力学确实存在内在的矛盾，那它们必定不可能都对。
　　问题是，它们之中哪一个更对些？或者有没有可能两者都不对？

作者:databit 提交日期:2013-10-08 17:21
　　先来段科普。
　　爱因斯坦在1916年提出了三个检验广义相对论的实验，后来被称作“经典广义相对论实验”：
　　1.水星轨道近日点的进动
　　2.光波在太阳附近的偏折
　　3.光波的引力红移
　　水星轨道近日点的进动：
　　在牛顿物理中，一个独立天体围绕一个带质量球体公转时，这二体系统会描绘出一个椭圆，带质量球体位于椭圆的焦点。两个天体最接近的那一点为近心点（围绕太阳的近心点为近日点），其位置固定。在太阳系中有若干效应导致行星的近日点有进动，围绕着太阳公转。这主要是因为行星不断对其他行星进行轨道上的摄动。另一个效应是因为太阳的扁椭球形状，但这只造成很小的影响。
　　水星的实际轨迹和牛顿动力学所预测的有所偏差。水星轨道近日点的反常进动率最先于1859年由奥本·勒维耶在一个天体力学问题中发现。他分析了从1697年至1848年的水星凌日的时间纪录，并发现计算出的进动每100回归年便会和牛顿理论预测的相差38弧秒（之后重新估计为 43弧秒）。
　　解释这偏差的一些论述通常都会带来更多的问题，最终都不能被学术界接受。广义相对论中，引力是由时空的弯曲造成的。这机制能够解释椭圆形轨道为什么会在轨道平面上改变取向，从而造成近日点的进动。爱因斯坦证明了广义相对论预测出的数值完全符合观测所得的近日点位移数值。这个有力的证据促使了广义相对论被学术界接受。
　　光波在太阳附近的偏折：
　　亨利·卡文迪什及约翰·冯·索尔德纳（Johann Von Soldner）分别于1784年（在未发布的手稿中）及1801年（于1804年发布）指出，牛顿引力预测星光经过大质量天体时会被弯曲。爱因斯坦于1911年只利用等效原理计算出与索尔德纳相同的数值。不过，爱因斯坦在1915年完成广义相对论时表示，他之前计算获得的（以及索尔德纳的）数值只是正确值的一半。爱因斯坦成了第一位正确计算出光线弯曲的物理学者。
　　通过比较背景恒星在接近太阳时的位置，可以测量光线的弯曲。该实验于1919年由亚瑟·爱丁顿爵士等人合作进行，时值日全食，因此能够观察到太阳附近的星星。同样的观测同时在巴西塞阿腊及非洲西岸的圣多美和普林西比进行。实验结果在当时被算作大新闻，并被刊登在各大报章的头版。爱因斯坦及其广义相对论因此举世闻名。当其助手问他，如果爱丁顿在1919年没有证实广义相对论的话，他会如何反应时，爱因斯坦说了著名的一句话：“我会为亲爱的上帝感到遗憾。不管怎样理论都还是正确的。”
　　最初的准确度非常低。有些学者批评有系统误差（systematic error）和确认偏误的存在，然而之后对原始数据的重新分析指出，爱丁顿的分析是正确的。1922年日全食发生时，利克天文台重复进行了测量，得出的结果与1919年的相符。其后共进行了多次重复的实验，其中较著名的一次由德州大学于1973年进行。在之后几乎50年内，测量误差仍然无法减小，直到开始采用无线电波频率进行观测。到1960年代终于证实了光线弯曲的程度完全符合广义相对论的预测，而非该数值的一半。爱因斯坦环便是来自遥远星系光波被较近天体偏折后的结果。
　　光波的引力红移：
　　爱因斯坦在1907年从等效原理推导出光的引力红移效应，然而实际的天体物理学观测却很难进行。虽然沃尔特·亚当斯在1925已量度了这一效应，但要到庞德-雷布卡实验（Pound–Rebka experiment）于1959年利用极为敏感的穆斯堡尔效应测量位于哈佛大学杰弗逊塔顶部和底部的两个辐射源的相对红移，才确切证实了引力红移效应。实验结果完美地验证了广义相对论。这是第一次使用精确测量手法去证实广义相对论的实验。


作者:databit 提交日期:2013-10-08 17:37
　　再来段逻辑分析。
　　A：我们有理由认为爱因斯坦场方程是正确的，因为它的推论可以精准地符合观测数据。
　　B：爱因斯坦场方程确实是在描述四维时空（一维时间+三维空间）的弯曲。
　　C：爱因斯坦场方程中确实在本质上并不含有质量项。原因已经在前文中说明了。
　　因为无论是能量、动量还是力，以及所有与这些物理量有关的衍生物理量组合，如果要成立的话，必须要有质量参与其中。
　　既然C是成立的，所以爱因斯坦场方程所描述的时空弯曲必然与质量、能量、动量或者力，以及所有与这些物理量有关的衍生物理量组合毫无关系。
　　又因为A与B是成立的，所以我们一定可以在爱因斯坦场方程中找到某些物理量，正是这些（或者这个）物理量造成了时空的弯曲。
　　那这个物理量有可能是什么呢？
　　前文已经指出，这个物理量显然不是长度与时间间隔，而在消去质量这个冗余后的场方程中，唯一有可能组合出的物理量就是速度。
　　所以我们通过逻辑分析可知：只有速度才能造成时空弯曲。


作者:databit 提交日期:2013-10-08 17:42
　　上面漏了一个，还有加速度。
　　也就是说，再有意义的物理量中，只有速度或加速度才有可能造成时空的弯曲。
作者:databit 提交日期:2013-10-08 18:08
　　只要你提出一个新观点，总会有一些人，虽然他们的知识贫乏到令人怜悯的程度，却仍要冲在前面不分青红皂白地横加指责，仿佛只有这样才能凸显出他们有学问，他们爱科学。
作者:databit 提交日期:2013-10-08 18:40
　　那能不能将爱因斯坦场方程做些变形，使其中出现真正的质量项呢？我们分析一下。
　　因为无论是里奇张量还是度量张量，其中根本不含质量项，所以我们在原则上也根本无法在爱因斯坦场方程中构造出真正的质量项出来，除非将质量也看作一个维度。
　　质量可以看作一个维度吗？在数学上大概是可以的，因为质量确实可以用实数集来对应，只要我们能够赋予负数质量一个可以被接受的意义。这样就形成了一个五维空间，一维质量，一维时间，三维空间。于是描述这个五维空间的曲率的张量就是一个五阶张量，度量张量也会成为一个包含25个项的矩阵，那爱因斯坦场方程就会面目全非。
　　就算这是可行的，问题是这种数学游戏还有意义吗？我们还可以将任意物理量比如温度或电荷也看作空间维度，构造出一个又一个更复杂的场方程，最后证明是电荷或者温度造成了时空（这恐怕已经不能叫时空了）弯曲。




作者:databit 提交日期:2013-10-08 18:55

　　
　　是加速度造成了时空弯曲吗？恐怕不是，如果是的话就需要解释加速度是什么造成的，如果说加速度是力造成的，这就陷入了逻辑循环的怪圈，如果加速度是力的原因而不是结果，那加速度的原因是什么？
　　所以只有速度才是时空弯曲的真正原因。
　　速度是什么造成？起码速度不是力造成的，也不是能量或动量造成的，所以说时空弯曲是由速度造成的决不会产生任何逻辑矛盾。




作者:databit 提交日期:2013-10-08 20:01
　　有人可能会问，你前文不是说过时空弯曲与时间和长度都无关吗？那速度就是距离/时间，为什么速度就与时空弯曲有关了呢？
　　这是因为速度很可能比长度更基本，即长度是速度与时间的复合物理量，而非速度是长度与时间的复合物理量。
　　我们没有确实的证据证明 时间t与距离s一定是速度v的原因，还存在v与t二者是s的原因的可能性。

作者:databit 提交日期:2013-10-08 20:15
　　一个大质量天体附近的时空是弯曲的，这似乎已经得到了天文观测数据的支持，既然是速度造成了时空弯曲，究竟是天体的什么速度弯曲了时空呢？
　　显然不是天体的运行速度，如果是天体的运行速度弯曲了时空，那比这个天体运行速度更快的东西就能够让时空弯曲得更厉害，如过那样的话，一个光量子就能够比一个黑洞更能弯曲时空。
　　那究竟是什么速度呢？只能是逃逸速度。
　　空间（这个空间未必就是爱因斯坦场方程描述的四维时空中的空间）中蕴含的逃逸速度决定了时空（这个时空才是爱因斯坦场方程描述的四维时空）的弯曲程度。


作者:databit 提交日期:2013-10-08 20:36
　　今天先到这里，明天继续揭秘。

作者:databit 提交日期:2013-10-09 13:24

　　
　　今天继续。我们看这张描述时空被地球扭曲的图。
　　从图上看，地球似乎被某种向下的力拖曳，将时空（其中的二维空间）这张网压出了一个坑，这显然不合理，怎么会出现一个“向下”的力呢？这是因为我们实在不能在二维平面上画出一张三维空间扭曲的网格图来，如果强行去画，那线条一定会复杂到你分辨不清的。
　　有一个办法可以让大家想象出地球附近空间究竟是如何弯曲的。
　　1、我们已经知道空间弯曲是由逃逸速度造成的，原因见前文的分析。
　　2、我们知道逃逸速度在地球周围的空间分布状态，这是中学物理的内容。
　　3、我们将逃逸速度看作某种相对速度，然后运用狭义相对论的尺缩效应公式。
　　现在清楚了吗？只要我们将逃逸速度看作某种相对速度，再用狭义相对论尺缩公式，我们就能真正地（实际上也确实如此）想象出大质量天体附近的空间弯曲状态。这种状态就是，空间逃逸速度越大的地方尺缩得越厉害。
　　想象一下空间逃逸速度等于光速的状态，尺缩成零，这是什么呢？这就是黑洞的视界。所以空间弯曲根本就等价于空间逃逸速度的分布状态，所以你也可以认为空间没有弯曲，所谓的弯曲是由逃逸速度的分布造成的，这么理解也可以，但这里的空间就不再是爱因斯坦空间了。


作者:databit 提交日期:2013-10-09 13:36
　　既然逃逸速度的空间分布等价于时空的弯曲，那能不能解释一下光在太阳附近的偏折呢？
　　当然可以。
　　如果将逃逸速度看作某种相对速度，运用狭义相对论的尺缩公式，完全可以得到距离太阳越近的地方尺缩得越厉害。
　　假设光量子经过太阳附近，且光量子的体积大于零。
　　我们知道光子的速度=普朗克长度/普朗克时间，观察者用自己感受到的时间去观察这个光量子，则观察者的普朗克时间是常数，但是光量子距离太阳近的那一部分普朗克长度发生的尺缩效应要比距离太阳远的那一部分发生的尺缩效应大，这就会使光量子在每个普朗克时间结束的时刻都会被向太阳的方向偏折一些。
　　所以光量子经过太阳附近确实会因为相对论的尺缩效应而产生偏折。

作者:databit 提交日期:2013-10-09 13:58
　　有人可能会问，既然用逃逸速度的空间分布外加狭义相对论就能解释空间弯曲，那我们还要爱因斯坦的场方程做什么？我们只要仍将空间看作平直的，只关注逃逸速度，那不就根本用不着爱因斯坦场方程了吗？
　　这就是仁者见仁智者见智了。
　　描述空间弯曲总要有个关系式吧，这个关系式确实可以很好地描述爱因斯坦空间吧，将空间仍看作平直的，但总是有另外一种空间按照相对论的尺缩效应公式确实被压缩了吧，我们总要弄清可以看作平直的是什么空间，必须被压缩的是什么空间吧？这两种空间显然不是一回事。
　　那爱因斯坦空间究竟是不是我们的宇宙空间呢？






作者:databit 提交日期:2013-10-09 15:22
　　爱因斯坦空间究竟是不是我们的宇宙空间呢？
　　答案恐怕并非“是”或“不是”这么简单。
　　1、无论从爱因斯坦场方程还是从空间的逃逸速度分布状态来分析，确实有空间被弯曲（或被压缩）了。
　　2、作为观察者本身，我们并没有察觉出地面的空间区域与山峰上的空间区域相比较有何不同，虽然山峰上的空间区域中逃逸速度要小于地面的逃逸速度。有人可能会说这是因为地面与山峰的逃逸速度差别太小所以我们感受不出差别，其实并不是这样。
　　举例说明。地面上的精密电子仪器与山峰上的精密电子仪器都会完全相同地正常工作，或者说符合广义相对性原理。什么意思呢？比如观察者将一个每秒能够发射一次脉冲信号的精密原子钟A带到山峰上，山峰上的他会发现A发射的脉冲信号仍旧是每秒一次，但是地面上的观察者会发现山峰上的A发射的脉冲信号已经不再是每秒一次了，这种现象等价于引力红移。这意味着，虽然地面与山峰上的观察者所处的空间被弯曲的程度不同，但是身处其中的观察者本身根本无法察觉出二者之间的分别。
　　3、将2推广一下，我们知道，距离引力源无穷远的地方逃逸速度是0，这意味着这个地方的空间是完全平直的，假设我们将原子钟A放到无穷远的地方会怎么样呢？显然，无穷远处的观察者同样会认为A发射的脉冲信号就是每秒一次，这说明无论是地面上还是山峰上或者干脆是无穷远处，身处其中的观察者根本察觉不出原子钟的脉冲信号会发生变化。凡是能够察觉出脉冲信号发生变化的都是“其它”地方的原子钟而不是自己所在地的原子钟。
　　既然无穷远处的逃逸速度是0，即那里的空间是平直的，而任何观察者自身所在的空间与无穷远处的平直空间对于观察者自身来说根本没有差别，那我们就完全可以认为观察者自身感受到的空间就是平直空间，但是观察者观察到的任何其它位置的空间（除了无穷远处）都是弯曲空间。
　　这说明了什么呢？这说明我们的宇宙根本不是用单纯的平直空间或弯曲时空就能说清的。
本文由<贴库网>整理,全文地址:http://www.tieku001.com/603624/2.html