如何知道时空弯曲了多少?

如题所述

既然公转有快有慢,引力有大有小,那么时空也有平有弯。我们要问问时空的曲率。时空的曲率(全称是Ricci曲率)是一个用来描述该时空某部分弯曲程度的数,时空中的每一点附近的区域都对应一个时空曲率数值。
  为了得到时空的曲率,首先我们要先建立起一套坐标系,时空当中的每一点都对应一个坐标。仅仅有坐标还不够,为了计算坐标和坐标之间的距离,我们还得建立起一套对应的距离计算法则,这就是度规。打个比方,我们说某沿海城市往东3公里,往南4公里的海面上形成了一个台风,那么我们会很容易的利用勾股定理计算出台风和城市之间相距5公里。假如我们不使用平面直角坐标系,而是用经纬坐标系的话,就不能再直接用勾股定理计算距离了。比如我们说台风在城市往东3(经)度,往南4(纬)度的海面上,就不能再说台风到城市还有5度的距离了。也就是说,计算距离的法则随着坐标系的改变而改变了。在我们试图描述同一个时空对象的时候,可以根据需要采用不同的坐标系,同时也就意味着采用了不同的度规。在广义相对论中,时空的绝大部分性质并不明显的依赖于坐标系,而是包含在这默默无闻的度规之中,就好像无论你管货币叫欧元还是美元不重要,关键要看汇率是多少。
  选取了坐标系之后,人们只要将度规代入一个能将人折磨得死去活来的复杂算式,就可以得到时空中某一点附近区域的曲率。时空曲率虽然从坐标系和度规计算出来,但它是时空的内禀性质,并不随二者的选取而变化。就好像汉字有多种字体,每种字体的尺寸形状千变万化,但他们都表示相同的内容。如果说坐标系是字体,度规是字形,那么字形所表征的汉字就是时空曲率。有时候电脑上的一些特殊字体无法表示所有的汉字,我们就应该换一种字体,并不影响意义的表达。同样的道理,在计算黑洞等特殊时空对象的时候,一些坐标系和度规无法描述时空所有的部分,我们应该换一种坐标系和度规,这也不会影响时空曲率的数值。
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第1个回答  2016-07-15

  

  物体使周围空间、时间弯曲,在物体具有很大的相对质量(例如一颗恒星)时,这种弯曲可使从它旁边经过的任何其它事物,即使是光线,也改变路径。广义相对论指出,时空曲率将产生引力。当光线经过一些大质量的天体时,它的路线是弯曲的,这源于它沿着大质量物体所形成的时空曲率。

  弯曲因而是有精确的几何定义的。但当维数增加时,定义变得复杂多了,弯曲程度不能再像圆的情况那样用一个数来描述,而必须讲"曲率"。且看一个简单情况即圆柱面,这是一个二维曲面(图约,平行于其对称轴所量度的曲率为零,而在垂直方向上的曲率则与截出的那个圆相等。

  尽管曲率有多重性,仍然可以定义出一个固有曲率。在二维面上的每一个点都可以量出两个相互垂直方向上的弯曲半径,二者乘积的倒数就是曲面的固有曲率。如果两个弯曲半径是在曲面的同一侧,固有曲率就是正的;如果是在两侧,那就是负的。圆柱面的固有曲率为零,事实上它可以被切开平摊在桌面上而不会被扯破,而对一个球面就不可能这样做。

第2个回答  2016-07-15

由于光的红移效应,人类目前能看到的都是在远离地球的行星,这直接说明了宇宙在膨胀.
这一点很有力的支持了大爆炸论断,即宇宙是由一个内部压力无限大的奇点爆炸而产生的!
现在我们知道地球上每发生一个事件都由光向外传播,那这时楼主在距地球一光年外的一个飞船上用高倍望远镜朝地球看,这时楼主看到的是地球一年前的景象.
但楼主的意思觉没这么简单,OK,那我帮楼主想想怎么看到过去式!现在楼主在地球开动飞船向外太空以2倍光速飞行,飞行时不断的朝地球看,这时楼主会发现地球上的人的行为都是倒行的,比如汽车不朝前开而是朝后开,人们不会再吃进去而是吐出来最后食物会完美的变成最初状态.等等.那现在我们发现一个问题,根据爱因期坦的论述任何物质的运动速度只可无限接近光速确不能超光速.所以楼主理论上讲最多只能看到地球上的事件的停滞而不能看到倒带!
那怎样才能成功的看到过去式?
目前人类以经证明了“量子跃迁”的存在性,所以在未来科技无限发达的情况下,楼主只需在已经飞出1光年外的飞船上利用“量子拷贝机”粘贴一下在地球上用“量子拷贝机”同步复制的你,就可以在飞船上看到一年前的楼主了.

第3个回答  2016-07-15

如果我们的宇宙只是闭合的,光仍将永远不会回到原来的位置。我们宇宙的膨胀速度非常之快,目前还在加速膨胀,因此发射出去的光线将永远无法回到原来的位置。相反,它永远只会越来越远离光源。自膨胀伊始——宇宙大爆炸之后的转瞬间至今,这对于我们的宇宙而言确实是如此,但在此之前或许并非如此。

第4个回答  2016-07-15
在广义相对论中,或在爱因思坦所给出的说明中,我们是通过参照系之间时空坐标的变换来理解“时空弯曲”的,即在一个参照系中,时空是“平直的”,光线不会弯曲,但在另一个参照系中,该参照系中的时空坐标或时空测量标准可以相对于这个“平直时空”的参照系作任意的(但应连续和可微)变换,该参照系中的时空就可以理解为“弯曲”的,该参照系中的光线也就是弯曲的。或者说,该参照系中就可以认为存在一个引力场,至少认为存在一个等效的引力场。显然,这里的解释是对比而言的,是将一个参照系中的时空测量结果与另一个参照系中的时空测量结果进行对比,我们才说,另一个参照系中的时空,或引力场中的时空“弯曲”了,因为该参照系中的时空坐标相对于前一系发生了蠕变。我们在前面的第二部分讲到,仅在一个参照系内部,不需考虑与其它参照系之间的相互关系,也能建立起爱因思坦的引力场方程。因此,我们也就应该仅在一个参照系内部,不需与其它参照系进行比较,就能测量和解释这个参照系中的“时空弯曲”。