如何才能正确理解爱因斯坦的广义相对论,而它到底描述了一个怎样的世界?
1. 早在 17 世纪,牛顿基于对物体运动和力的研究提出著名的牛顿运动定律,若物体的质量、初速度、初始位置及作用在它上面的力确定,可预言其未来任意时间点运动状态,但该定律仅适用于小质量物体,描述大质量天体运动有局限性。
2. 对此,1915 年爱因斯坦提出可准确描述自由落体现象的广义相对论,认为宇宙中不存在远距离作用的引力,而是自身结构发生扭曲。
3. 为更好理解物体间相互吸引,通常将宇宙空间想象成有弹性的二维平面,重物放置平面会使平面变形,周围物体被推向中心,但这一流行演示存在错误,大质量天体属于时空结构一部分,需二维化才能包含在时空平面中,且存在苹果被引力拖拽的问题。
4. 为解释此现象,假设球面上两只蚂蚁向上移动,其平行轨迹会因球面弯曲几何而在极点相交,时空内部也有相似现象,物体看似相互吸引实际沿直线运动。
5. 二维时空平面似乎朝第三个维度弯曲,现实中无除时间和空间维度外的其他维度,需从上方俯视并用网格描述曲率剔除多余维度问题。
6. 将二维平面三维化后发现忽略关键时间维度,虽可在节点加时钟但无法解释物体下坠原因。
7. 要完整呈现真正的四维时空,需将三维世界事件想象成二维空间切片,会发现时间曲率使苹果不断演进,时空弯曲使直线方向偏转,苹果因地球产生的时空弯曲,时间速度分量转变为空间速度分量而产生下落现象,需合并切片成包含持续时间曲率图像得到最能正确解释广义相对论的可视化图像演示。
8. 其中收缩的网格是惯性系,苹果在网格中静止,随网格收缩出现下落现象,地球表面向外膨胀与收缩曲率保持平衡避免引力坍缩。
9. 侧向扔出物体沿网格直线运动,随网格收缩被地球方向拖拽,准确描述物体惯性运动,天体运行和光线轨迹只是弯曲时空的动力学表现。
10. 从此广义相对论崛起,爱因斯坦登上物理学界神坛,其理论为人类科技发展打下坚实基础。