如何做出扭曲的空间

John Wheeler (费曼的老板,“黑洞”概念的提出者)有句话,请记住它:“质量告诉时空如何弯曲,时空告诉质量如何运动。” 再记住这句话:质点在弯曲时空中运动时,轨迹会受到时空弯曲的影响,就跟受到一个力一样;人们为了方便,管这个表现叫“引力”。 够了,剩下的就是数学了。自伽利略指出“引力质量 == 惯性质量”以来,人们发现,这一事实在牛顿力学的框架下实在是太不自然了(两个不相关的物理量竟然完全相等),几乎唯一的“看上去自然”的解释就是“引力是几何效应”(这使得这两个物理量事实上成了一个东西)。可惜因为当时完全不可能对“时空”有什么认识,黎曼没有把时间维度放进去,所以碰了一鼻子灰(对 GR 微扰有经验的人应该能立即想到,在弱场下,跟牛顿引力势长得差不多的那个东西,正是出现在与时间有关的分量上)。 其次,在一般情形下,我们一般不会使用“扭曲”这个字眼。“扭曲”在 GR 里有着特殊的内涵:不为零的挠率,也就是适应度规的联络张量 的两个下指标 b 和 c 不能交换。而通常说的“时空弯曲”,指的是时空的黎曼曲率张量不为零。有挠率的 GR 被研究得不多,部分地因为老爱在最早版本的 GR 中就假定了挠率为零而被大家因袭,也部分地因为有挠的 GR 在很多方面与观测不符(比如,最简单地,挠率的源是什么?你觉得粒子自旋好使么?)。现在有人试图用宇宙尺度上的挠率替代暗物质,也把那张 Hubble diagram 拟合上了(当然,关于 Hubble diagram 的许多拟合都有 overfitting 之嫌,这项工作也不例外);不过,提出这个模型的人自己都说“姑妄言之姑听之”了,大家便也没有太认真地对待。 通俗地说,“弯曲”指的是这样的情形:把一个矢量从 Q 平移到 P,有“上路”和“下路”两种走法,而通过两种走法平移过去的矢量是不能重合的——这意味着,你好端端地试图朝前走,时空的弯曲却偏要来搡你一把,这“搡你一把”就是引力。

有质量的物质就能扭曲空间,密度越大的物体扭曲空间现象越明显。

白矮星的密度是每立方厘米就重达几十吨。中子星的密度是10的11次方千克/立方厘米,一个中子化的火柴盒大小的物质,需要96000个火车头才能拉动!一个乒乓球大小的中子星物质的质量相当于一座大山。

而他们跟黑洞比起来就不值得一提。

黑洞造成时空扭曲,连光线也不能逃离

如何做出扭曲的空间图1

视界以内所有信息都没法发出来,就是中间那一团时空深渊。

如何做出扭曲的空间图2

两个黑洞的合并发出响彻天际的呐喊(引力波),穿越数十光年仍然被人探测到。

如何做出扭曲的空间图3

任何有质量的物体都扭曲了空间,程度不同而已,你也扭曲了空间。广义相对论描述为引力和引力时间效应。只是质量太小物体不足以明显改变周围时空。

记得星际穿越里面,当库柏一行到黑洞附近一颗行星上判断是否适合人类居住,折返飞船用了几个小时,在飞船上等待的同事已经过了二十年,这是时间的扭曲。。而当他回到地球自己30多岁,女儿已经90岁了。

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