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相对论到底说了啥?解决了什么问题?我来告诉你

相对论到底说了啥?解决了什么问题?我来告诉你

作者: 量子猫科普 | 来源:发表于2021-03-16 17:23 被阅读0次

主要解决了牛顿没有解决的问题,牛顿虽然厉害,但是他也不知道下面这几个问题该如何是好,今天开始我们比牛顿还聪明了。

一、引力是如何产生的?

二、为什么行星会围绕太阳运行?

三、爱因斯坦的广义相对论,它最主要的两个方程

四、引力传播的时间是怎样实现?

一、引力是如何产生的?

广义相对论认为,因为有物质的存在,它会提供一个引力源,有了引力源之后会造成时空弯曲。

并且时空弯曲跟物质的多少有关,如果物质越多,它的引力场就越强,造成时空弯曲的程度就越大。

通过一个弹性非常好的薄膜来看

如果弹性很好的薄膜,在这个二维世界上没有任何物体,空无一物的时候,显然,它是一个平直的薄膜。

如果我们在它中心,逐渐给它堆上一些沙子,薄膜它就会逐渐地会弯起来,你堆入的物体越多,它的弯曲程度也就越大,通过这个简单的事例,薄膜上的世界就弯曲了。

二、行星为什么沿着太阳运行?

广义相对论的另外一个核心思想,它用时空弯曲取代了引力场的概念。

在牛顿力学下,认为行星绕着中心天的运转,是因为受到引力的作用使得它做偏离惯性的运动来解释的。

而在广义相对论下他认为,一颗行星绕着中心天体运行,并非受到一个力的作用,而是因为有引力存在,使得时空产生了弯曲,物体在这个弯曲的时空当中,沿着测地线在运行。

对于测地线这个概念,实际上是一个几何,或者说是一个地质学当中的概念,我们这里以地球的球面为例。

比方说把纽约和巴黎,这两个地点拿来说事,那么这两点之间,怎么样一个距离最短呢?

如果我们可以打隧道的话,显然是直线最短,但是如果我们给一个约束,只能够沿着地球的表面走,那么它的最短距离会怎样呢?

显然我们可以通过这两点,做一个地球最大的圆,它其中短的那段圆弧,就是它的测地线,所以说我们这就有了测地线的概念。

三、爱因斯坦的广义相对论,它最主要的两个方程:

一个是爱因斯坦场方程

另外一个是测地线方程

爱因斯坦场方程,它对应的就是有物质的存在,就存在有能动的张量,就会使得。时空的弯曲就会使爱因斯坦张量产生相应的变化。

测地线方程告诉我们就是,如果有一个实验粒子在弯曲时空当中运行,那么它就是由测地线方程所决定的,所以这才是广义相对论当中,最重要的两个方程。

四、相对论效应影响我们的生活

我们举一个例子来看

相对论效应如何影响到我们的生活,我们现在经常会使用到一个定位的系统,比方说我们经常通过手机来进行定位。

而定位系统是GPS全球定位系统,它通过GPS卫星和地面的一些基站来通过精确的时间测量,把用户的位置测出来。

GPS卫星的轨道很高,速度很快,所以说卫星上的时钟相对于地面的时钟,每天会存在7微秒的延缓的效应。


这个效应是来自于狭义相对论的动钟延缓效应

但是,卫星轨道的引力场相对于地面引力场要弱上很多,这就使得,在卫星轨道上的时钟,相对于地面上的时钟,它会跑得快,每天它会快上45微秒左右的时间。

因为在引力势越深的地方,会存在一个时钟延缓的效果,所以一天下来对于GPS上卫星实际上是这两种效应的叠加,产生累积的效果,会比地面上的钟一天它要快。

所以,必须对它进行校正,我们才能够得到一个精确的GPS的数据。



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