相对论描述的时空理论——解释了时空的真正含(2)
从概念上讲,度量张量定义了时空本身是如何弯曲的。它的曲率取决于它内部的物质、能量和应力。同样的道理,宇宙是如何弯曲的也就决定了物质和能量是如何穿过它的。我们倾向于认为运动中的物体会继续运动:牛顿第一定律。我们把它定义为一条直线,但弯曲空间告诉我们的是,一个运动中的物体会沿着测地线继续运动,测地线是一条特殊的曲线,对应于非加速运动。讽刺的是,这是测地线,不一定是直线,这是两点之间最短的距离。这甚至在宇宙尺度上也有体现,在那里,由于非凡质量的存在,弯曲的时空可以弯曲来自它背后的背景光,有时会形成多个图像。
引力透镜效应的一个例子,以及由于质量引起的星光弯曲。
物理上,在广义相对论中有许多不同的部分构成了度量张量。我们认为引力是由质量引起的:不同质量的位置和大小决定了引力。在广义相对论中,这与质量密度相对应,也有贡献但它只是度量张量的16个分之一!还有一些压力分量(如辐射压力、真空压力或快速移动的粒子产生的压力)也有贡献。最后,还有六个其他的组成部分告诉我们在质量和潮汐力的存在下,体积是如何变化和变形的,以及运动物体的形状是如何被这些力扭曲的。这适用于一切事物,从像地球这样的行星到中子星,再到在空间中移动的无质量波:引力辐射。
当质量在时空中相对运动时,它们会产生引力波。
您可能已经注意到1+3+6≠16,而是10,如果您注意到了,请注意!度量张量可能是一个4×4的实体,但它是对称的,这意味着有四个“对角”分量(密度和压力分量),和六个非对角分量(体积/变形分量)是独立的。其他六个非对角分量由对称性决定。度量告诉我们宇宙中所有物质/能量与时空曲率之间的关系。事实上,广义相对论的独特力量告诉我们,如果你知道宇宙中所有的物质/能量在哪里,它在任何时刻都在做什么,你就可以确定宇宙的整个进化史——过去、现在和未来——直到永恒。
宇宙的四种可能的命运。
宇宙膨胀的发现,大爆炸后宇宙的出现,以及黑暗能量的支配将导致一个冰冷、空虚的命运,这些只有在广义相对论的背景下才能被理解,而这意味着理解这个关键的关系:物质/能量和时空之间的关系。宇宙是一出戏,每当一个粒子与另一个粒子相互作用时,它就会展开,而时空就是这一切发生的舞台。你要记住的一件违反直觉的事情是什么?舞台并不是固定背景,但它也会随着宇宙本身的演变而演变。
文章来源:《CT理论与应用研究》 网址: http://www.ctllyyyyj.cn/zonghexinwen/2021/0622/1281.html