相對論到底說了啥?解決了什么問題?我來告訴你

主要解決了牛頓沒有解決的問題,牛頓雖然厲害,但是他也不知道下面這幾個問題該如何是好,今天開始我們比牛頓還聰明了。

一、引力是如何產(chǎn)生的?

二、為什么行星會圍繞太陽運行?

三、愛因斯坦的廣義相對論,它最主要的兩個方程

四、引力傳播的時間是怎樣實現(xiàn)?

一、引力是如何產(chǎn)生的?

廣義相對論認為,因為有物質(zhì)的存在,它會提供一個引力源,有了引力源之后會造成時空彎曲。

并且時空彎曲跟物質(zhì)的多少有關(guān),如果物質(zhì)越多,它的引力場就越強,造成時空彎曲的程度就越大。

通過一個彈性非常好的薄膜來看

如果彈性很好的薄膜,在這個二維世界上沒有任何物體,空無一物的時候,顯然,它是一個平直的薄膜。

如果我們在它中心,逐漸給它堆上一些沙子,薄膜它就會逐漸地會彎起來,你堆入的物體越多,它的彎曲程度也就越大,通過這個簡單的事例,薄膜上的世界就彎曲了。

二、行星為什么沿著太陽運行?

廣義相對論的另外一個核心思想,它用時空彎曲取代了引力場的概念。

在牛頓力學(xué)下,認為行星繞著中心天的運轉(zhuǎn),是因為受到引力的作用使得它做偏離慣性的運動來解釋的。

而在廣義相對論下他認為,一顆行星繞著中心天體運行,并非受到一個力的作用,而是因為有引力存在,使得時空產(chǎn)生了彎曲,物體在這個彎曲的時空當中,沿著測地線在運行。

對于測地線這個概念,實際上是一個幾何,或者說是一個地質(zhì)學(xué)當中的概念,我們這里以地球的球面為例。

比方說把紐約和巴黎,這兩個地點拿來說事,那么這兩點之間,怎么樣一個距離最短呢?

如果我們可以打隧道的話,顯然是直線最短,但是如果我們給一個約束,只能夠沿著地球的表面走,那么它的最短距離會怎樣呢?

顯然我們可以通過這兩點,做一個地球最大的圓,它其中短的那段圓弧,就是它的測地線,所以說我們這就有了測地線的概念。

三、愛因斯坦的廣義相對論,它最主要的兩個方程:

一個是愛因斯坦場方程

另外一個是測地線方程

愛因斯坦場方程,它對應(yīng)的就是有物質(zhì)的存在,就存在有能動的張量,就會使得。時空的彎曲就會使愛因斯坦張量產(chǎn)生相應(yīng)的變化。

測地線方程告訴我們就是,如果有一個實驗粒子在彎曲時空當中運行,那么它就是由測地線方程所決定的,所以這才是廣義相對論當中,最重要的兩個方程。

四、相對論效應(yīng)影響我們的生活

我們舉一個例子來看

相對論效應(yīng)如何影響到我們的生活,我們現(xiàn)在經(jīng)常會使用到一個定位的系統(tǒng),比方說我們經(jīng)常通過手機來進行定位。

而定位系統(tǒng)是GPS全球定位系統(tǒng),它通過GPS衛(wèi)星和地面的一些基站來通過精確的時間測量,把用戶的位置測出來。

GPS衛(wèi)星的軌道很高,速度很快,所以說衛(wèi)星上的時鐘相對于地面的時鐘,每天會存在7微秒的延緩的效應(yīng)。


這個效應(yīng)是來自于狹義相對論的動鐘延緩效應(yīng)

但是,衛(wèi)星軌道的引力場相對于地面引力場要弱上很多,這就使得,在衛(wèi)星軌道上的時鐘,相對于地面上的時鐘,它會跑得快,每天它會快上45微秒左右的時間。

因為在引力勢越深的地方,會存在一個時鐘延緩的效果,所以一天下來對于GPS上衛(wèi)星實際上是這兩種效應(yīng)的疊加,產(chǎn)生累積的效果,會比地面上的鐘一天它要快。

所以,必須對它進行校正,我們才能夠得到一個精確的GPS的數(shù)據(jù)。



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