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092:广义相对论浅谈

读喜马拉雅作者:gezhong日期:11月前点击:327
如果狭义相对论你基本搞明白了,试试看真正“毁三观”的广义相对论吧!双生子佯谬到底是如何解释的?什么是惯性系?为什么引力场和加速度可以等效?引力是如何弯曲时空的?星际穿越,究竟有多大的可能性?本周原样,继续“岽施笑评”——广义相对论!

092:广义相对论浅谈

原来谁是贾楠,是这羊,谁真是这样的样子啊。原来是这样的,欢迎来到原来是这样,各位好,我是旭东。

大家好,我是水兄,应该再补一下,欢迎来到。原来是这样之东师孝平水兄的本名姓师,姓师是师伟,但是他更喜欢别人叫他水兄。

我们要继续和大家来聊相对论了。上一次是留了一个悬念,因为我们聊狭义相对论,聊到最后,聊出了一个非常经典的双生子杨谬。

简单的再回述一下,就是水兄做了一艘接近鱼,光速驶离地球的飞船走了。然后我在地球上感慨。

哎呀,下一次再见到的时候,我老了十几岁,可能水兄只老了几个月。

嗯,但是在飞船上的水兄也在思考着同样的问题。对,那么我也会想,经过那么几年之后我便老了。哎,旭东还是那么年轻,为什么会有这种思想呢?

因为在地球上的我感觉水兄是相对于我而言已光速离开。对,但是对于水兄而言,地球是相对于水兄。

也在做相对运动,问题就来了,问题就来,谁到底谁老了,对,我们先给大家一个数字吧。

好吧,大家可以感受一下这个变化啊,这个是基于狭义相对论,它可以比较容易推导出来。刚才徐东讲了,如果飞速去接近光速怎么样啊,那么我取一个数字相对比较好计算的,因为上一次也给大家讲了那个相对论因子啊。 那么如果说我的速度是0.8倍的光速,这个比较好算啊。那么假定我们两个都是30岁。

经过30年之后,这个我们也不能跨度太长啊。要保证这个旭东在地球上还能存活,不要小驱动来就会哎,好,那么3,0岁+30年。

这个时候,徐东在地球上他没有发生位置变化,那么他是多大,我是660岁好了,那么乘坐着0.8倍光速的水兄出去赚了30年。

回来之后是多少岁呢?0.8倍光速,其实就相当于60%这个时间变化,也就是说,我回来之后48岁赚了十二年,十二年。也就是说,0.8倍的光速就会产生十二年的这样一个差距。

从这样子的一个结论,等了30年之后,水兄回来了。我发现我的思考是对的,因为水兄比我年轻了十二岁,对的。

可这个问题依然很奇怪啊,如果说回到那个刚刚驶离地球的水兄的立场上去,按照他的想法,结局是他变老而旭东变得年轻,也并没有任何的问题。那为什么回到地球上之后,我们两者一相遇,却发现实际老的是旭东,而不是水兄哎,那么这个呢实际上可以讲,不是狭义相对论能够解决的问题了。

也就在狭义当中啊,不管你是谁飞出去,那么在旭东看来,水兄在做相对运动,在水兄看来,旭东在做相对运动。

但是大家要知道,我不是一下子。

从零变成0.8倍的光速的,对不对,是要有一个什么慢慢的加速的过程,那么当我飞离到一定的时间,我刚才讲了飞出去30年,那么也就是飞出去十五年,再掉头回来十五年。

那么我有这样一个掉头的过程,如果学过高中物理的话,都知道运动方向的改变意味着速度也在改变了,对不对?

同时我还要降落到地球上,还必须要有一个减速的过程。 好,说到这里,大家就会发现,这里讲到的不是惯性血,什么叫惯性系好,总算得要和大家说一下,惯性系到底是什么呢?上一次其实多次提到了惯性系。

这个名词,那么,至于什么是关性系呢?

我们举一个这样子的例子,比如说徐东河水兄被关在了一艘船的船底,你可以把这件事情想象得更美好一点,比如说徐东河水兄一块儿坐着游轮出去啊,对,但是我们是在一个船。哎,我们是内仓房内仓房这艘船,其实它有一个特点,哎,因为我们航行的这个水面和一般的船,它航行的地方不一样,它是在一个绝对静止的水面,非常平稳。

平稳如镜的水面对它不会有那些浪的颠簸,风平浪静。

这艘船呢,它以匀速直线运动,向前行驶。

我们在舱内会做一些实验,比如说滴水滴的一个事业,哎?

我们在舱内去观察这个水滴,我们会发现,哎,这个水滴还是垂直的下落吗?对满足物理学的一切的定义嘛,对,我们去玩儿那个小推车的这些实验会发现它完全符合我们在地面上做实验,得到的就是禁止状态下我们所谓的这个禁止状态下得到的这个结果。 忽然之间,我们两个人有一个人惊醒了。嗯,来了一句话,我们看不到船外面的风景。

我们是在内仓房里,我们怎么判断这艘船?他是在开还是禁止。嗯,或者说有没有可能在我们不知道的情况下,昨天晚上睡了一觉,我们这个房间?

被掉到了地面上,因为我们没有办法在这个房间里通过任何的实验方式来确定我们是在匀速,直线运动还是静止。

对,也就是说在一个密闭环境当中啊,你的状态啊,到底是静止的,还是匀速运动的,你是没办法进行判断的。

这个其实很重要,因为在牛顿它所描述的惯性系当中,禁止和匀速直线运动,它是等效的,合力为零。那么狭义相对论呢,实际上是把这样子一种物理学的定理啊,推广到所有的惯性系。

就是静止状态和民宿执行运动问题是宇宙飞船要飞出地球又回来,这个是一个什么呢,加速变化的过程也就速度在发生变化。

由慢到快掉个头啊,方向又相反,然后回来之后又减速。这样的一个情况,其实大家常识都知道的,我们实际生活当中是没有没有我们素养啊。这个匀速直线对所谓的这种惯性系,其实是理论上是很难,很难,或者说就是不同。其实在我们上一次讲的狭义相对论当中,我们都是在这些匀速直线运动的状态当中来进行探讨和思考的。 可是在实际生活当中哪有?

那么多的惯性系用,比如说我们坐在椅子上,我们感觉自己是静止的吧。但是地球在转,地球绕着太阳在公转,其实没有绝对的静止,那么地球绕着太阳公转,这个事情我们可不可以理解为是一种匀速直线运动呢?

很明显的就发现它的轨道是圆的,对运动方向是在发生变化的,对,所以它不是匀速的直线,这些它不是惯性。其实在这个宇宙当中可以这样说吧,嗯,他是几乎不存在不存在元素直线陨石的。 那么狭义相对论,它其实就不是一个普及美的,它不是对立论。上一次我们节目当中也提到了它产生的一个背景当时力学体系和电磁学它所产生的这个矛盾。因此在这样一种情况下,爱因斯坦想把这两个体系。

统一起来其实基于这样子的一种情况,那么所以说提出了的狭义相对论,它的这个目的性很明确。

其实,在提出狭义相对论之后,爱因斯坦马上就想到了这个问题,牛顿所描述的都是冠星系啊,就是说它的狭义相对性原理呢只是解决了惯性系统问题,那么是不是可以把它推广到所有的?

我们讲参照系当中?所以他立刻就想到了这个问题。他当时提出了这个理论,相对论,这个名字不是他自己起的,是别人给他起的,因为他基于的是什么呢?就是原来讲的就相对性原理。那么大家呢就把这样一个理论呢就叫做相对论啊,是这样来的。但实际上呢,在爱因斯坦看来。

他要解决的事情不是相对论,而是他要做出一个绝对论。什么意思呢?就是他要把所有的物理的规律。

都统一到一起去,就不管你是在哪一个运动的状态下,所有的物理规律,它都是城里的,不管是在你那里,还是在我这里,对不对它想要一个万物之理。是的,所以这是它的一贯的这个思路。也就是说,从诞生狭义论那个时候开始,他就已经在想,接下去我怎么样去同意啊,这件事情他一共做了十年。

其实他到老,他还想去,还想在另外一世的这个是后话。 下次再说,我们今天就要来说一说广义相对论到底是怎么被推演出来的,对,是不是要坐电梯了?是的,上一期节目当中大家一起起。嗯,我们是先开通脑筋哎,坐了一个火车,是不是那么这一回呢,我们做一些电梯啊。

又是个密闭空间,又是个密闭空间。那么这个其实和刚才讲的内仓房有点像啊,大家一起来动一下这个脑筋。

假定说啊,大家来做电梯,其实大家都有这样一个生活的常识啊,现在做电梯大家都知道这种什么网上做,还是网下有区别对了,就是说大家都会知道哎网上做是一种什么感觉,当电梯一启动的时候。

你会有一种感觉往下的力,哎,就是一沉一直往哎,这叫什么超重状态。嗯,那么还有一种就是什么刚往下一启动就会发现哎人好像心一下子往上提。

这就是什么失重状态,有这样的一个生活尝试了,接下去的事情就好拍了,要不许东坐下电梯啊?

旭东坐在电梯当中一个密闭的环境当中,那么这个时候呢,他在正常的做自己的事情,他不知道外面发生了什么样子的事情。

这个时候呢,这个电梯它是在地球上啊,他是静止的。为了方便大家思考,这是一个非常非常高的楼。

然后有一个非常非常长的电梯,我在中间的某一层,我进了电梯,这个电梯没有启动,这个是大家现在日常生活当中啊,普遍存在的这样的一个状态是合力为零。那么现在呢?假想有这样一部电梯,旭东坐在当中就在这个楼层中间。

如果在这个时候。

突然之间,电梯上面那个神所断了啊,我就开始下坠了啊。那么这个时候他就急速的下水,这个时候是一种什么状态。

因为电梯和我一起自由落体,我失重了。嗯,飘了起来,飘了起来,你周边的物体也飘了起来。

此时的电梯呢,就好像是在国际空间站里,各位没错,那么空间站里面那种状态也是失重状态,对不对?

问题就是,如果说你在这样一个密闭的空间当中,你没有窗户,不知道外面到底是什么样的状态,我们也假定这一栋楼很高,很高无穷高,这个电梯可以这个无限无限的下坠。

请问你能知道你到底是在空间站里面,还是在这个集数下去的电梯当中,我忽然就产生了这样一种困惑,嗯,我究竟是在一个空间站当中的牢房里。

嗯,还是真的就处在一个自由落体的电梯当中了。这个时候你是没办法分别的。 那么好,我们再换一种状态。

你的确是在一个太空当中,空间站当中ok,这个时候呢,空间站如果是被火箭助推,但是我想强调的是,并不是瞬间你感觉到的这样一种状态,而是什么呢?

当这个推力达到了一个g就是一倍的重力加速度,这个时候你所能感觉到的那种状态就不再是失重状态了。对?

你能感觉到地面给你带来的一种顶托的力量,所有的东西,桌面上的东西也全都会落到桌上。对,我在这个时候,如果说做任何的物理实验。

我会发现和地面上的实验的结果是一样的吧。又因为我们这个空军战,他又是个币,是密切币的,对吧?我们总喜欢搞一些小密室啊。

这时候我就会思考呢,这我究竟有没有在太空好?这个思想实验就是爱因斯坦非常著名的叫做等效原理。 嗯,也就是说什么呢,什么叫等效原理就是。

他引入了一个叫做引力场的这个概念,你在一个引力场当中自由落体和你在引力场当中漂浮状态的啊,这样的一个失重状态,你是区分不开来的。对另外一个就是说,你在一个盈利场当中啊,合离为零的一种状态下。

你感觉到是合理为例和一个你正在加速前进的一个非惯性系啊,这你是傻傻分不清。说白了,爱因斯坦,他把加速度和隐隐立场啊,把它等相效起来了。

也就是说,你的这个加速,实际上说白了,就是你置身于一个引力场当中。

正是基于了这样一种等效,波澜壮阔的广义相对论的画卷就在咱们的面前铺成开来了。

广义相对论当中呢,由这样子一个等效原理啊,就会产生有很多比较有意思的一些话题。其实最直接的一个带来的问题是什么呢?

既然加速度和盈利场替代掉了,那么万有引力在哪里?在他看来,没有一个所谓的万有引力有这样一个力的存在。

这就不需要了,只要你有一个加速运动的状态。

就相当于有了一个这个利的存在。对于爱因斯坦来说,牛顿世界里的那个引力不存在对可以没有引力这个概念就没有引力这个概念。对,或者说,它可以用加速度把它完全的替代似的。因为在牛顿所描述的那个引力世界当中。

地球和太阳之间的这个引力好比是一根无形的绳子牵着对等,那么有的人就会想,如果这根线崩断,地球和太阳会发生一种什么样的情况。哎。

对万有引力的这个公式啊,fm及下面是r平方啊,分布上,然后上面是m一m二。

也就是它有两个物体m一和m二,如果m一或者m任何一个物质如果消失了,那么这个f瞬间就没有了。对不对,这个是牛顿万有引力提出来的。

这个就横毁三杆,回到我们上一次的狭义相对论当中,我们会发现没有一个东西是能够超过光速的,这就引发了一个什么问题呢?就是说,如果太阳消失了。

那么我们是不是能够瞬间看到太阳消失,那么这就和我们狭义相对论是相悖的狭隘一下作用呢?提出来的是我们任何的运动速度,它是不能成为互动速度,也就是说,太阳光传递到地球,还要经过八分20秒的这个时间补充一下水胸的啊,因为我们知道光是有速度的对,那我们是要八分多钟之后才会看到太阳太阳消失,但是。

如果说引力它是有这种超距离的作用,太阳消失了,它的引力也没了,我们会突然发现地球就被甩出去了。这是万余引力所提出来。但是呢,很显然,很难被武侠异相对论的那套体系所接受的,因为太阳消失了,它明明我们还能够在八分多钟当中还能够看到它,地球居然就已经飞走了。

这不可思议。因此,在广义相对论当中,或者说是在爱因斯坦的那一套体系当中,他就坚持着不会产生这样的一种情况。肯定是什么呢。

这个光它传递过来,它是要有时间的。

既然是这样,我引力传递过来,它也是要有一定的时间。对,因此他就说什么呢?

在我的广义相对论当中,实际上是没有引力,这回事情它可以不存在。那么怎么去解释这种现象呢?它提出来的就是什么呢?任何的物质。

它都会产生时空的弯曲啊。引出了这样一个词啊,那么先讲了一个简单,就我们先不讨论这个时空弯曲这样一个问题,我们就是说,只要有一个物体存在。

它就会产生引力场,就是刚才讲的等效云里啊,它就会产生盈利场。 由于这个引力场的存在,那么他的周边的时空?

会发生一定的弯曲,时空的弯曲使得什么呢,使得我们的运动的轨迹发生了变化啊。我先说原理,把这个高冷的知识先讲掉,就是地球。

假如说绕着太阳转,实际上是怎么呢?太阳把周边的时空给弯曲了,而地球呢就是沿着这个弯曲的时空,它在走一条最短的路径。

只不过这条最短的路径它是弯的,看上去就像一个圆。换句话说,如果总结一下就变成什么了。

所有有质量的物体,它都会使空间发生弯曲。

那么弯曲的这个空间反映出来的运动状态就相当于盈利。

你前面提到了质量弯曲了,时空对我们怎么样去理解这个弯曲的时空,我们又得去做电梯了,还是从电梯光这些东西入手,刚才讲到了电梯的等效性,那么现在呢,如果是个电梯,它是垂直向上,嗯,或者它就是一种加速状态,模拟地球引力的。

对对,对加速度那种加速度啊,云加速度啊。我们是云加速的向上,这个时候我如果在电梯里面。

我打手电,如果它是禁止的,这个光应该直接打到我对面的墙壁上。对,但是这个时候有一个加速,如果我记录这个光斑所落的位置,你会发现哎,它实际上是在我这个手电光源的下方。 嗯,也就是说,这个光子实际上经历了一条抛物线。

可以想象一下我这个光子打出来的同时,光子在运动的同时,我的电梯它是在向上运动,那么这个光子就会发生一个相对的运动。大家要记住,我们在上一次讲狭义的时候,我们讲的是向上或者是向下,或者是向前的一个匀速直线运动。对,但这一次是在一个加速运动当中,那么这个时候这个光子实际上就会落在我的。

下方成为一个抛物线,那么这就是一个什么样子的结论呢?就是说,在一个加速运动的状态当中,我把加速的加速度看作是一个引力场了,那么引力场当中的这条光,他走的路径是弯曲的,因为我们前面说了加速度和引力场。

他是等效的,对,所以说把它换到引力场当中,引力场也就弯曲了。

逛的鲁江的路径,对的,电梯做完了,我们就要进一步的去理解,推广到天体运动当中的一些现象。

那么爱因斯坦,他就大胆的去想象了任何的物体,它都会产生一个盈利场,那么这个引力场就相当于我对周边的物体,它产生了一个加速度,那么这个时候时空都会发生弯曲在它周围的物体是怎么运动呢?

都会是沿着时空来进行拼动,都已经是他会走那个最短,最短路径,这个其实符合我们的生活常识啊。那么所有的物体,它都会走最短的那个路径,那么走出来的一个最短的路径看上去就像什么呢,看上去就像一个圆。嗯,就比如说啊,我们讲地球和太阳。

太阳弯曲了周边的时空,那么地球是沿着时空进行运动。

他走出来的是一条近似于圆的这样一个轨迹,那么看上去好像就是太阳拽着地球在走。

但实际上我讲到现在没有出现一个什么盈利啊,拉力啊,这种概念讲到这儿,我相信一定有人要分心了。

我来刺激一下大家,这个时候咱们该上床了吧。

哈哈,好怎么样去理解。想象一下家里的那个软软的床对我们来点情调啊,放些小钢珠之类的小玻璃弹珠之类的啊。 当然这个床比较的特殊啊,他的床单非常非常的光滑。

同时呢,这些小钢珠,我们假定是在这个床上沿着直线滚动,这个时候呢,你一屁股坐到了床上。

这些小钢珠,尤其是比较靠近你坐上去的那个位置的小钢珠们。

会沿着一个比较有意思的路径向你的身体撞来。

顺便说一句,如果你的重量越冲的话,显然这个床怎么样会凹陷得更加厉害一点啊。那么那些小钢珠撞到你屁股上的时间会更短,更短会更快。对,而且我们这个时候仔细去看一下这个小钢珠他运动的这个轨迹,哎,它并不是一条直线。

还是一条弯的路径,实际上你的小钢珠原来它是走着直线运动,它是运动状态当中啊,走直线了。

那么这个时候中间有一个凹陷,他就必然怎么样会沿着凹陷的那个路径来走,那么这个时候他走的就不再是直线了,而是怎么样会拐过弯来对拐过弯儿。如果这个弯曲更大,也就是说你这个质量上去之后,这个凹陷的越大,那么它呢,可能就改变了他原来的运动的轨迹,不可能再走直线再走出去,而是怎么样迅速的弯过来,然后那个漩涡到漩涡当中转转下去了。

它就会变成了一个我们说是像一个圆周运动队。

假如说他能够保持着速度的话,那么它就会有一个类似于圆周运动的这样一种状态,那么大家可以把它推广到我们的天体运动当中去。

那么换句话说,爱因斯坦认为质量弯曲了时空,而物体是在弯曲的时空当中运动表现为盈利,也就是说,盈利实际上是时空弯曲的一种表现而已。大家可能又在想呢,哎,不对啊。

你在床上那些小钢柱最后会碰到你的屁股,那为什么在宇宙当中地球却没有撞向太阳呢?

因为我们在地球上演示这个东西啊,它实际上还有一个地球引力在,所以说这个高处肯定是会有一个往下,就是往你这个凹陷的最深处的那个地方坠落这样一种趋势。

那么,地球在太空当中,它实际上是不存在这种所谓盈利的,对不对?

那么太阳它弯曲的这个时空,它也是三维的,它并不是一个平面,不像我们床单是一个平面。因此在这样一个空间当中,地球。

它实际上就是在这样一个弯曲的空间,它的一个最短程的路径当中,不断的在旋转,不会去撞向太阳。 相信大家在年初的时候,听我们的那个如何理解四维空间那期节目的时候,其实我们已经。

建立了一个比较好的关于更高维度的一个想象,那么其实放到相对论当中呢?其实我们可以借助那种思维方式来进行一些理解。

比如说像太阳这样的大智障天气,它弯曲的是周围的整个空间和时间。这种弯曲是可以用更高的一个维度去理解的。

并不是说我们在三维空间上会看出来他有一个褶皱。

这里呢还需要补充一些东西来,便于大家理解。 我们前面说到了像地球这样的东西,它明明是走了一个弯的线,它为什么却是一个最短的路径?

大家换一种思维方式吧。比如说我们拿一个地球仪,我们在地球仪上。

标一个a点和b点,我们把这两条线连在一起,走一个最短路径的话,应该是沿着这个球面连出一条直线。

对,但是我们站在我们的空间上去干这条线,我们看这个地球以上的这条线,它是不是弯的。

对对于地球仪上的这条线来说,他在自己的这个球体的表面,在这样子的一个二维的其实是一个弯曲的二维的空间当中走了,他自己最短的那个几何的直线没错,但是放到了我们三位世界上去看这条线。

它就变成了弯的。对这个大家可以回听一下徐东之前的节目,对吧,水老师对那期节目好像还是这个交口称赞哪。

啊,我也学了啊,我也学了。

那么这样一来的话呢,大家就会考虑一个问题,就爱因斯坦他所描绘的这样一个情况,到底对不对?因为实在是大开脑洞,好多人都觉得非常的诧异。三观尽毁相关境,会引力都可以不存在啊,这个太可怕了。那么于是就开始寻找这样的机会,去验证爱因斯坦的发现。

那么机会终于来了啊。1919年发生了一次非常难得的天象日全食又来刺激我,哎,让你看过很多。

这一次日全食,应该讲在全世界范围当中,还是引起了非常大的红洞,包括中国的观众啊。或者说中国的学者怎么说呢?当时呢,英国啊,有一位爱丁顿。

他领导了两个团队啊,分别到两个不同的地方,他去来观测这一次的日全食。

那么他想通过这个日全食来验证爱因斯坦的理论,为什么呢?

为什么呢?又得说天文了,对吧?对,当然,其实在水老师面前说天文,我是会有一些小忐忑的啊,我们就这样子去想象吧。

如果说按照一个经典的,就是这些天体不会弯曲空间的模型。我们去看天空当中的这个星星的话,虽然说这些恒星它们其实彼此之间会有些相对运动,但是因为我们人类的生命太短暂。

其实在地球上我们是看不出它们的相对位置变化。

但是如果说当这些星光在射到地球之前,他经过了一个拥有很大质量的天体附近,比如说太阳,那么按照广义相对论的那个效应。

太阳周围的时空应该被太阳本身的。

大质量弯曲的明显了一些,那么在这个时候,我们分别比较同样几颗星星,他们的光芒在正常情况下和路过了太阳附近,在射到地球上这两种情况在地球上看,他们的位置应该是会发生了改变,就好比我们经过了一个透镜,那么为什么得用日全食呢?

大家可以想象,平时我们看星星必须是晚上,但是只有在日全食的时候,我们可以在白天对看到信息,等于说是对照日全食的时候。我拍一张照片,然后和正常时候晚上所拍到的那张照片,我做一下对比。

那么在太阳边上的那些恒星会发现新点它是不重合的,而且有这种规律,就离太阳越近,这个位置偏差的越大,这些恒星的光似乎是绕过了太阳。

对,射到了地球上,那是因为我们认为光线是走直线,我们眼睛看到的那个是一个像我们往这个方向延伸出去,那是一个直线的一个位置,对不对。

那么实际上呢,这个光是从太阳的旁边甚至是被变啊。

当然这个太阳之看它达不到足以啊变足以啊。

那么实际上这个偏差它就是因为经过了太阳的盈利场,光在引力场当中是走着一条最短的路径,那么由此造成了一个偏差,那么这个偏差到底有多大呢?

告诉大家,在牛顿的体系当中也可以预测这样一个偏差,它是通过万元引力可以推导出来,这个偏差大概是0.879秒,那么在爱因斯坦的理论当中,计算出来的是1.75个江苗,这个差距就非常的差别很大,那么实际观测到底是多少呢?

爱丁顿的实验发现实际偏差是1.619秒,嗯,正-0.3角秒和。

1.98角秒,振幅0.12角秒,相当接近。如果这个正负误差啊,考虑进去的话,就发现非常完美的解释了这样子一个存在的现象,所以通过内滋日全食,我们证明了这些大质量的天体的确弯曲了,弯曲了石头。 是的,除此之外,应该讲还有一个对爱因斯坦来讲的话,他自己非常这个得意得意的,一个是叫什么呢?我们在上一期节目当中所讲到的水兄的老家?

水星水星其实不是我老家啊,我老家可能是火星水星,他发生了近日点的进洞现象啊,这个上一期讲过了,那么当时按照牛顿预测的话呢,大概存在着一个什么呢?

每100年有55507.629秒的这样的一个变化,那么观测到的水星的进洞是5600点七三九秒,中间相差了43.11。

脚秒本身就是非常非常小的啊,就100年,它的这个进洞是5600脚秒啊。

牛顿的发源引力已经是预测了,其中一大部分还剩下43.1,实际上是微不足道的,但是科学就是这样。

要想办法把这个现象要完美的进行解释,那么这个怎么去弥补它呢?

爱因斯坦这个时候他就说,用我的这套理论是可以来弥补这个误差的。

大家就通过爱因斯坦的这套理论进行计算了啊,结果发现非常惊人,它计算出来的结果是,每100年进洞是42.98。

42.98和现实观测到的43.11神吻合已经非常非常精确,也就是说,爱因斯坦的广义相对论把水星近日点进洞这个现象完美的解释了。

通过很多的观测和实验都无数次的验证了他的准确。对的,再给大家讲一个非常奇怪的一个真实的现象。

上一期节目当中,我们也提到了相对论,在高速运动当中。

时间的变化,赚寿命的问题是不是,那么在广义相对论当中,它也存在着这样一个情况,只不过我们参考的不是速度。

而是盈利场。当然,盈利场它和加速度是有关系,对不对?我们就拿地球来。

地球也是一个大质量的一个物体,它也会产生它的引力场。对于我们来讲,肯定是离地球越近,引力场怎么样越强,越强越大,那么我们可以来做一个分析啊。情况是这样的,假定水兄是在飞机上?

他就生活在飞机场,不断的绕圈圈啊,就不愿意下来。

那么按照详意相对论的描述,感觉上水兄是转了,因为水兄会比我年轻,那么0疾病合作更快对,因为它的速度更快。

但是在广义相对论的情况下,我在地面上的旭东离地球更近一些。 嗯,水胸离地球远一些。

所以说我受到的地球的盈利场的强度要大。禹水胸受到的盈利场抢赌。对,就换句话说,如果说我们讲坐飞机这件事情?

那他实际上如果考虑相对论效应的话,那必须要考虑狭义相对论,广义相对论都要考虑。

也就是说,如果说是狭义相对论当中它讲的是速度,那么坐飞机的人相对地面静止的人来讲。

他的寿命啊,要赚一点,但只是10的-8次方。这样啊,很很少。那么引力场的变化,也就是我们讲广义相对的这个效应。

同样也会使得两边的人。

所感知到的这个时间,它是有不同的地面上的人所受到的,这个盈利场更强一点,所以这个时间要走得更慢一些。也就是说。

飞机它受到广义相对论效应的影响会大于狭义相对论效益对,没错,那么大概呢,如果你坐飞机在一万米高空的时候呢,你会发现地面上的人要比飞机上面的人大概年轻100多纳秒200纳秒不好的,反正就是转了,转了也不多。

嗯,能赚一点事业吧。那么。

这样子一来的话呢,其实导致了一个非常实际的一个问题啊,这里也跟大家讲一下就是什么呢。我们对于相对论的应用其实也是很现实的,一个情况就是我们讲的什么呢。

Gps导航系统,那么在导航系统当中,因为它在空间当中运动,他必须又要考虑到他的高速运动状态,狭义相对也要考虑到他的这个盈利场当中啊,广义相对人这个效应。

所以说,如果说gps你不进行修正的话,必然会产生两种叠加的一个效应,一个误差,那么这样的一种误差可能对我们来讲是一个非常致命的一个结果。 我这里也可以给大家一个数字啊,具体的计算啊,过什么江?

如果gps的时速假定说是那个/h,大概是有10004kkm这样一个速度,你是说那个卫星啊,卫星,那么这个时候它要比地球上的那个钟每天慢期微秒,同时它又是在距离地面大概20000km的这样一个高空在绕着地球转。

这个时候运用广义相对论地面盈利场要比上面的盈利场要更大一些,那么地球上就要比上面的钟要慢45微秒一天,然后那么简单的把它做一个计算,就会发现累计的误差减一减。

38微秒,每天别小看着38微秒对你要知道我们的计算哪个东西是不变的,光速是不变的,所以我们的计算都要用光速来进行。如果38的无一秒去诚意这个光速,就会发现。

如果不修正这个误差,Gps每天就会导致11.4米的午餐一条马路了,对不对?

那么实际上,广义相对论因为是讲到了盈利场大质量,所以说更多的会在我们的宇宙当中发现这样一类的这个现象。

嗯,我们把宇宙称之为爱因斯坦相对论,广义相对论的一个终极实验室。啊,对,那么有很多的这种大质量的天体的确表现出来一种匪夷所思的一种现象。

是不是要回到去年这个时候的那部电影了,心理兴趣专业啊。 首先,星际穿越当中大家有一个没有搞明白的点。

他们登六了一个潮汐非常非常强的那颗行星星,为什么在这个行星上呆了几个小时,飞到了他们的那个母船上,他们时间就差了那么久。

那实际上就是刚才讲到的引力场啊。导致的这个时空弯曲的这个现象,也就是说,离黑洞越近。

时空弯曲的就是越厉害,那么这个就不是太太阳这种级别能比的啦,对它这个弯曲非常非常的厉害。也就是说。

在下面的这个时间,相对于引力场较弱的,也就是在轨道上面的来讲的话,它的时间会变得非常的慢。

就我们讲,时空就是空间,会玩去时间也会弯曲。所以说除了时间之外,你其实空间上它也在发生的这个变化,这个就是会导致在上面的人看下面的这个情况哎,看到的状态也是不一样的。除此之外,还可以看到各种各样的物理的现象。

比如说盈利红利。

可能有些听众知道啊,弘毅这样一个概念,就是他知道听过那个夜空位是不是黑的电磁波啊,它会发射辐射啊,它有这个电磁波,本身就是一个这个辐射的啊,辐射出来之后呢。

它会有一个震荡,会有一定的频率,可以反映出我们讲就是光的颜色,它是有变化,它是不一样的。

那么在引力场当中,光或者讲这个光子,他要克服盈利场,他克服盈利场其实就是怎么样呢,就是一个加速运动的一个过程,它的加速运动使得它的波长会发生的变化。

那么被我们看起来的话呢,就会使得这个光线?

网红艳色的啊,播成网红艳色的拉拉长了,其实就是什么呢,就是他跑出来,他更加吃力了。

那么这个也是大质量的盈利场所带来的一种变化,因为空间本身被压压缩了,水兄讲到这儿就要开始聊黑洞,但是黑洞呢,其实我们可以单独留意器的体量啊。比如这一次一股脑全讲黑洞的东西先放一放,但是呢,可以就顺着这个黑洞讲一个穿越的问题啊。在上一期讲狭义相对论的时候,我们就已经知道了我们的速度是不能够。

等于或超过光速的,当然说是有质量的物体对,那么在宇宙当中如何完成穿越有一种可能性,有一种可能性就是什么呢?

碰到一个极大质量的物体,不仅仅是黑洞了,可能是超大质量黑洞,就是说时空被极度的弯曲弯曲到空间。本来在两个方向上的两个点碰到了一起去,呈现了一个我们所说的虫洞。

这个时候呢,你在空间当中,你可以通过这个虫洞从这一端走到另一端给大家可以在纸上画一下啊。这个叙东也跟大家介绍过,是铅笔。

他指的那个事啊,但是其实要说一个事,大家可能觉得哎,有虫洞,对吧,反正不是可以穿越吗?很过瘾啊。

但事实上大家可以想一下,前面我们说到了要达到这种弯曲,它本身是有一个极强极强,极强极强的引力场,对你进去之后,你其实出不来。

嗯,那怎么出来呢?对,有一种假设啊,这个存在于理论上就是什么呢?黑洞的另一端白洞,那什么是白洞呢啊?想一想。

黑洞是什么?只进不出白洞,就是只出不进,对都感觉莫名其妙,他在那儿狂喷东西,那么喷的东西是哪来的呢?

有一个说法,就是在世界的另一团,一个黑洞。

帮他吃的啊,这个当然只存在于理论上啊。其实我个人认为现在目前这个白洞也好,虫洞也好,是存在于科幻界,对主要是科幻界探讨的范畴,而且白洞其实现在没有任何的观测证明,呃,对,黑洞,它是有一个应该讲是有很多相应的这个证据了啊。那么虫洞呢是一个理论上是允许它短时间存在的一个哦,不可穿越的虫洞这个理论上也算出来了。

那么白洞呢当然也是存在于理论上,也是算出来也是算出来的,就没有被真实的看到过,大家可以再脑补一下,如果说我们停留在科幻的层面去想这件事儿。

如果说我刚好掉进了一个黑洞,然后又从另外一个白洞里喷出来。

这个时候你要做好心理准备,因为。

你作为一个人,作为一个物质的本身是喷不出来的,你会以能量的形式对喷出来。嗯,那其实聊到这儿啊,整个广义相对论我们浅谈吧。其实聊得差不多了。

讲了那么多,可能大家脑子也很乱了啊。 那么,我们再来梳理一下广义相对论狭义相对论它的一些基础啊和一些现象啊。

广义相对论当中提出来的就是物理定律的形式,在惯性参考系当中是不变的。

注意是惯性参考系,那么他提出了两个基本的假设,一个叫做狭义相对性原理。

所谓狭义相对性原理来自于什么同时性的相对性火车啊,那个思想实验,随后呢,他根据麦克斯韦他的理论以及他在于同事性相对性这个思考当中。

它确定了一样东西叫做光速的不变原理。他以这样子一个作为他的假设前提,那么两个假设把它放在一起。

构造了整个狭义相对论的体系,在这个当中会发现一些比较奇怪的现象,比如说中慢效应啊,就是说运动的中比静止的中要喷血。还有一个呢,叫做齿缩效应。

就是我们运动当中的那个物体,他会被压缩压扁。

还有呢,就是光速不变原理所推导出来的一个C加c不=2c而仍然等于c的那个结果,是不是?

那么,这个就是我们讲速度合成的一个一个问题了啊,就是说不存在超光速的这个现象。

如果说你是在一个接近于光速运动的参照系当中,因为你的时间其实相对于别人变慢了,对会看到一个正常的光速。

但是的,在外人看来,你依然不可能实现一个超光速的光线的发射,对的,还有呢,就是通过光伏不变原理以及速度的合成公式啊,还有牛顿的动量守恒推导出来了。一个非常经典的公式就是等等于mc方。对,就是我们讲的智能方程式。

那么,这样的一个体系就是广义。好在狭义相对论提出之后呢,爱因斯坦觉得不够完美,哎,不够完美还不够太大。

对,所以他觉得呢,刚才是统一了这个惯性参考系啊,他觉得还不够。要把所有的物理定律的形式要推广到一切参考系。

就包括匀速以及静止状态,我们讲的惯性参考系以及加速状态当中的啊,非惯性参考系。

因此呢,他又提出来了一个什么等效原理,思想实验,做密闭的电梯,对他把盈利场和加速度等效。

对,那么然后呢又提出了一个什么呢?就是光在引力场当中弯曲的这条路径这样的一个情况,那么再加上它的一些数学的计算,数学方法的一些运用,那么这怕是我们刻意把它回避掉的。这个很很可怕,背景的不仅仅是危机啊,可能还有这个很多啊,这个你自己推算了啊。

没有这那么。由这个等效原理和广义相对性原理,作为一个假设条件,爱因斯坦就大胆地提出,所谓的万有引力是可以不存在的。

只是由质量的物体,它就会形成时空的弯曲,而物体在弯曲的时空当中的运动就表现为引力的这样一种形式。嗯,那么同时呢,在这个引力场当中也会产生一系列的这个奇奇怪怪的现象,比如说在引力场当中这个时钟的速度啊,它是不一样的,对引力场越强,终就会走得越慢。

还有呢,就是在引力场当中会发生这个红移的现象会偏红光,那么还有呢,就是在强大的盈利场。

会产生一些极致的天体,比如说中子星黑洞洞,那么还有一个就是认为盈利场它是一个什么?它是一个像波的形式向外推广,太阳如果突然消失了。

我们不会瞬间被甩出去。对,而是和光传达的速度一样,我们在八分多钟之后才会感受到太阳忽然消失之后的效应。

对,也就是说,这个引力它是和光一样的,是慢慢由中间像扔一块石头一样。这个这个涟漪呀,会慢慢的散开我们平时看到的水面上的涟漪。

可以算是一种二维的展开的一种联谊,那么放到宇宙的制度,它就是一种三维的这种引力波的一个形式。

对,当然这个目前还是理论。

现在唯一没有被确定的爱因斯坦广义相对论的一个现象就是引力波还没有被我们直接的探测到,但是现在我们人类其实已经有了雄心勃勃的计划,准备去验证引力部队,那么从国际上面来讲,也是有这方面的很多的这种做法,那么我们中国也要马上要推出一个雄心勃勃的啊,叫天晴项目啊。天晴计划想要在这个空间发射几个探测器来监测我们空间当中的发生的这个引力波。

但是这里要强调的是,可能太阳系内的引力波我们是很难去探索到,因为太阳系当中不存在一个非常巨大的质量不质量的,那么当然不可能指望太阳突然消失。

我们只能探测,在我们银河系当中,离地球可能有一定的距离,有一颗恒星发生了变化。中子星比如说朝鲜星爆炸或者怎么样。

那么它的引力场会发生变化,这个引力波会逐步的传递到地球来。但是大家可以想象,这个非常非常非常的微弱会微热到什么程度,所以这个也是目前应该讲技术的难点。 说得远了,但是我们可以期待其实可能在。

几年以后,我们或许就会听到这样一个新闻,那就是引力波被确认存在。嗯,但是现在是一个理论上的东西,对。

好了,聊的差不多了,本来是准备偷懒的两期节目,因为找水兄来嘛,本来心里想,我也可以不用太多作文,爱大家你一个提纲,简单的聊一下愉快的两个小时就过去了,但是发现其实真的要把相对论说通俗啊,还是有很多难点。

我觉得我们也不是说一定要把它讲得多么的痛,而是希望就是这一两期节目主要是为大家。

梳理一下相对论的一个基本的思路以及他的一些现象啊,它的理论的基础主要是为了这样一个目的更感兴趣的话,其实还是去看书,尤其是看书上的那些完美的方程式啊,自己代入一下,再算一下,你会发现你很多提出的那些假设其实是可以马上就算出来,就会得出一个非常直观的结果。如果你愿意的话啊啊,还可以给大家推荐一个东西叫时空图。

这里就不展开了这个反正对于我这种文科生来说还比较好理解,就用时空图的方式来思考相对论的各种效应。

啊,不仅仅是文科生,其实他的作用非常非常大,非常大,就是相对论,我是跟徐彤讲那两期节目是肯定远远不够的。

这两期的时长啊,按正常节目的体量的话,其实是四期节目哦,还是也只能够讲到这儿吧。嗯。

本来呢,还有一个非常关键非常重要的一个概念,叫过分爱因斯坦,他的盈利场方程以及他的宇宙学模型。

但是呢,我觉得这个梗啊,这一怕我们先给我们藏着卖弄一下,下一次我们早时间再给大家讲宇宙学的模型。

其实,根据刚才这个系统的一个梳理啊,大家也会发现其实爱因斯坦,他的一个思想,他是有一个固定的,一个演变的一个过程。

他是极力的,是想法原来经典力学的那些东西向上去推广,适用于关信息,然后呢又把它推广到所有的这个参照系,那么这就是他的一贯的思路。所以有的时候,我觉得相对论与其说它是一个物理学的一个原理。

不如说它是一种哲学的一个思考,他是想把世界的这种物体运动的一种状态,用一个标准,一个理论来进行描述。

当然很可惜的是对我们说,爱先生,他一生都想要把物理彻底的统一对这个是后话的,那么等我们下次和大家讲量子物量的设立对在这时代确实现在目前来讲就是量子量子态还是没有办法用广义相对论来进行描述这两个存在的一个水火不容的一个情况,那么在宇宙当中可能会集中的反应在像黑洞啊等等啊。这样一些天体,其实特殊情况会融合,特殊情况下包括我们讲宇宙学的宇宙诞生的那个。

语言初状的起点状态,对的,那么这样的一种情况啊,可能就是未来啊。我们讲理论的一个方向也是秉持着爱因斯坦的这一贯的这个思路思维方式对它融合了电磁和牛顿力学,电磁和牛顿力学。然后呢又把它进行了一个所有惯性系的一个推广,那么接下去要做的就是从宏观尺度上,甚至有人讲是宇观尺度,宇宙的那个大尺度和微微观的尺度,量子的尺度上能够再把它统一起来。 这个掉大家胃口,但是放心,这个量子我们一定会讲好。

如果说狭义相对论啊,还只是一个牛顿体系的一个拓展,那么广义相对论它相对的来讲是给我们塑造了一个完全不同的一个世界。

我们不再是运用原来的那些集合的知识,而是一个完全是一个弯曲的扭捏的你,包括常人能够理解的,就是因为他所适应的那个场景,并不是我们在地球上我们日常生活的所能接触到的那些物理规律所能够模拟的。

因此很难被大众所接受。

但是现在的科技的发展让我们看到的更远更深。

我们会发现,在宇宙的很多的地方都会存在着这样一些现象,我们不禁回过头就会感到爱因斯坦是如此的伟大,他可以把一个宇宙的这个环境描述的如此的精致,那么我们就觉得这个才是科学理论的绝妙之处。 对于普通人而言,想要去理解相对论,我们首先。

先得把日常生活当中的那一切习惯那一切直觉给抛弃。

我们得用相对论的思维方式对把自己放到一个很大的盈利场边上,放到一个很快的速度当中。

或者说,把自己的质量变得很轻或者很大。你再去思考那个奇妙的世界,把宇宙装在自己的心中。

这个世界其实也是宇宙最普通的一种性质。 对,原来是这样,就是这样。

东施孝平第二期。不知道大家还有什么困惑,没有感觉,好像水兄还没有说过瘾,不知道大家有没有听过一个,或者说大家已经听的实在是云里雾里了。

其实我们也只是尽可能的想给大家一种感官,对,就是相对论他到底是怎么回事儿。嗯,其实也是激发大家的一种兴趣啊。一方面给大家理理思路,另外一方面激发大家这个兴趣,可以自己去做做研究,去去做做研究。对,当然你记得别往名科方向去走啊,对好了还是做下广告,对相对论的理解有任何的问题,以水兄回答为主啊。

大家到纸兄的微信公众号。

天文茶餐厅去提问,对啊,水兄会答得非常的自信好,欢迎来做客啊。那也欢迎到虚冬刀科学来进行骚扰旭东道科学的百度贴吧,旭东道科学的微信以及我的个人微博,旭东山东九日游啊,上面一个山下面一个冬。

还有我们的qq群是原样刀友会也欢迎大家的加入。

本周的节目就这样了,我是旭东,我是水兄,他们下周再见。再见发茂为一三,假定水兄是在国际空间难啊。

假定水兄是,那就在飞机,那么这个时候呢就是动量啊。动量守恒是叫动量守恒,那这是叫董亮,是叫董亮说智能转换还是智能,对吧,是就是动量转换就是打打弹珠嘛。 通过牛顿的不是巴拉巴拉,巴拉巴拉,你在哪里?

原来是这样啊,原来是这样好假的。你就这样说,原来是这样的。

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