爱因斯坦的引力理论是什么(地球的引力是由什么造成的)

生活百科 2023-04-30 10:17生活百科www.xingbingw.cn

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大多数人,无论是受科学还是其他的指导,至少有一个模糊的概念,即所谓的“引力”是连接物体和地球的东西。他们明白这是一种普遍现象,但在某些情况下,例如,当他们栖息在树枝上,有点不确定如何安然无恙地回到地面,或者试图在跳高或撑杆跳等项目中创造新的个人记录时,他们就没有那么幸运了。

也许你很难理解重力这个概念本身,直到你看到当它的影响力减弱或消失时会发生什么,比如看宇航员在远离地球表面的行星轨道上的空间站飞行的镜头。事实上,物理学家对最终“导致”引力的原因几乎一无所知。他们甚至不能告诉我们宇宙最初为什么会存在。,物理学家已经建立了描述地球上和整个宇宙中引力的方程。

万有引力简史2000多年前,古希腊思想家提出了许多思想,这些思想基本上经受住了时间的考验,一直延续到现代。他们发现,遥远的物体,如行星和恒星(,观察者无法知道它们与地球的真实距离),实际上在物理上相互作用,尽管它们之间可能没有像电缆或绳子一样的东西。在没有其他理论的情况下,希腊人提出太阳、月亮、恒星和行星的运动是由神的奇思妙想决定的。(其实当时已知的行星都是以神来命名的。)这个理论虽然简洁而果断,但却无法被检验,所以它只是一个更令人满意的、科学上更严谨的对身体替身的解释。

直到大约300到400年前,第谷布拉赫和伽利略伽利莱等天文学家才意识到,与当时15世纪的圣经教义相反,地球和行星是围绕太阳旋转的,而不是地球处于宇宙的中心。这为目前人们所理解的引力的探索铺平了道路。

引力理论已故理论物理学家雅各布贝肯斯坦(jacob bekenstein)在加州理工学院的一篇文章中说,考虑物体之间引力的一种方式是“电中性物体由于其物质内容而对彼此施加的长距离力”。虽然一个物体可能会因为静电荷的不同而受力,重力会因为质量的不同而产生力。从技术上来说,你和你正在阅读的电脑、手机或平板电脑相互施加重力,但你和你的互联网设备太小,无法检测重力。显然,对于行星、恒星、整个星系甚至星系团的物体来说,这是一个不同的故事。

艾萨克(1642-1727)被认为是历史上最杰出的数学头脑之一,也是微积分领域的共同发明人之一。他提出两个物体之间的引力与它们质量的乘积成正比,与它们之间距离的平方成反比。其形式如下

fgrav=(Gm1m2)/r2

其中fgrav是重力,单位为牛顿,m1和m2是物体的质量,单位为千克,R是物体之间的距离,单位为米,比例常数G的值为6.6710(-11)(nm2)/(kg)2。

虽然这个方程在日常生活中表现得很好,当所讨论的物体是相对论性的,也就是用质量和速度来描述的时候,它的价值就会大打折扣,远远超出典型的人类经验。这就是爱因斯坦引力理论的起源。

爱因斯坦的广义相对论1905年,阿尔伯特爱因斯坦发表了他的狭义相对论。爱因斯坦的名字也许是科学史上最著名的,也是天才级成就的代名词。除了对现有物理学知识的影响之外,它还质疑了牛顿引力概念中的假设,即引力实际上是在物体之间瞬时作用的,而不管它们分离的宽度如何。在爱因斯坦的计算确定了光速(310 ^ 8m/s,约30万km/s)为任何在太空中旅行的物体设定了速度上限之后,牛顿的想法突然变得脆弱起来,至少在某些情况下是如此。换句话说,虽然牛顿的万有引力理论在几乎所有可以想象的情况下都令人钦佩,但它显然不是万有引力的普遍真实描述。

爱因斯坦在接下来的10年里提出了另一个理论。这个理论将把牛顿的基本引力框架与光速的上限协调起来,这个上限是或似乎是强加给宇宙中所有过程的。爱因斯坦在1915年提出了广义相对论。这个理论是迄今为止所有引力理论的基础,它的成功之处在于它将引力的概念定义为时空曲率的一种表现,而不是力本身。这个想法并不完全是新的;数学家Georg bernhard riemann在1854年提出了一个相关的想法。但爱因斯坦改变了引力理论,从纯粹基于物理力的理论转向更具几何性的理论它提出了一个事实上的第四维度,即时间,来补充我们已经熟悉的三维空间。

爱因斯坦广义相对论的一个含义是,引力与物体的质量或物理成分无关。这意味着,除了其他方面,从摩天大楼顶部落下的炮弹和弹珠将以相同的速度落到地面,尽管其中一个比另一个大得多,但由于重力的作用,它们会被加速到完全相同的程度。(为了完整起见,需要注意的是,这只是在真空中技术上是正确的,在真空中空气阻力不是问题。显然,羽毛下落的速度比铅球慢,但在真空中,情况并非如此。爱因斯坦的观点可以得到证明。相对论的情况呢?

2018年7月,一个国际天文学家团队完成了对距离地球4200光年的三恒星系统的研究。光年是光在一年中行进的距离(约9.6万亿公里),这意味着地球上的天文学家已经观测到了发生在公元前2200年左右的光现象。这个不寻常的系统由两颗微小的致密恒星组成,一颗是轴每秒自转366次的“脉冲星”,另一颗是白矮星,它们以1.6天的短暂周期相互绕转。这对行星每327天围绕一颗更远的白矮星运行一周。简而言之,唯一能解释这个极不寻常的系统中三颗恒星疯狂运动的引力描述,就是爱因斯坦的广义相对论3354。其实这些方程完全符合这种情况。

谢谢!苹果砸在牛顿的头上,引发他对万有引力定律发现的思考,指出任何两个有质量的物体之间都存在引力,其大小与两个物体质量的乘积成正比,与距离的二次方成反比,方向在两者之间的直线上。引力的大小取决于两个物体之间的时空间隔,但在四维几何中,三维空间间隔不是常数。参考系变了之后,这个空间间隔就变了,引力的大小也变了。两个物体之间的空间距离取决于观察者,即参考系。这与狭义相对论相矛盾。爱因斯坦后来意识到引力不是力,只是空间的弯曲效应。爱因斯坦用他的智慧构建了他的引力理论——广义相对论。在他的理论中,引力不是力,而是时空被物质扭曲了,就像一个人躺在席梦思的床上,睡在里面一样。空间中的点是由肉眼看不见的弹性纤维连接起来的。这些弹性纤维组合成一个弹性网络,这个网络的动力学规律就是爱因斯坦的广义相对论。

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