引力是所謂的空間扭曲嗎?? - 地球科學討論

※ 引述《bb511 (joker)》之銘言：
: 標題: Re: [問題] 引力是所謂的空間扭曲嗎??
: 時間: Tue Dec 14 21:45:13 2010
:
: ※ 引述《mmcin2100 (劃過天空的火流星)》之銘言：
: : 我看到節目裡描述的黑洞,是一個引力非常強的東西,可
: : 太陽因為質量大引力強,所以他所在的位置空間也被稍微扭曲
: : 我歸納出,空間扭曲=引力????

這些內容，在大一普物談相對論的單元會提到，
(例如Serway)
愛因斯坦用了一個很簡單的例子，來說明等效原理。
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當你處在靜止於地表上的電梯裡，以及處在四周空曠的太空中，
以重力加速度加速運動的電梯裡，只要不往外看，
你完全無法分辨就竟是屬於前者或者後者。
另一方面，當你處瑜自由落下的電梯中，以及你處在靜止於四周空曠的太空中，
你也同樣無法分辨前者或後者。
=======================================================================
這就把重力現象和時空坐標變換連繫了起來。
也就是說，我們可以丟棄用牛頓的萬有引力定律，
改以彎曲的時空描述原有的重力現象。

在這種架構下，靜止於地表的電梯，反而不是一個慣性參考系，
因為不受外力的物體會向下掉，不滿足牛頓第一定律。

而自由落下的電梯，反而正是慣性系，在裡面做實驗，會滿足牛頓第一定律。

所以當你在地球表面看到物體作斜向拋射運動時，
它其實是在走直線。

這樣說可能有點抽象，再舉個例子，
在平坦的紙面上，平行的條直線，永遠不會交會。
但是在球面上，赤道上的兩條經線，開始是平行的，
到了北極卻交會，顯示他們越走越近。
這不意味著，兩條線有其中一條被彎曲，只是因為你所在的空間是球面而已。
實際上，兩者都是直線。

同樣的道理，斜向拋射或者自由落體，都是在四維彎曲時空中的直線軌跡，
而另一方面，靜止在地表上的物體，世界線反而不是四維時空中的直線。


: : 那地球呢???根據上述的推論,引力是不是代表被扭曲的空間??

更正確的說，有質量的分布，就會彎區周圍的時空（不是空間）。
只是看彎曲的程度大或小。
如果你要求的精確度夠高，就可以用儀器偵測出這種效應。
這裡有個有趣的現象是，因地球質量引起的時空彎曲，
會導致在地球的高處的時間，會過得比地球低處的時間要快。
(所以住在高處的人老化的快，但效應很小。)

: : 所以我們是生活在被扭曲的空間中,真正沒扭曲的空間是太空無重力狀態
　　　　　　　　　　　　　　^^^^ ^^^^
把以上劃線的部分改成時空，就正確。
質量引起的是彎曲時空，而不是空間。

如果只是要讓空間是彎的，其實不需要質量引起的時空彎曲就能達到。

典型的例子就是所謂的愛因斯坦轉盤。
就類似像旋轉木馬那樣，有個大轉盤在繞。
這時候轉盤上的人，會發現轉盤的周長與半徑比，不等於圓周率。
所以這就表示轉盤上的空間是彎的。

這利用狹義相對論就可以推出來，不需要用到廣義相對論。
也就是說，轉盤的四維時空仍是平坦的。


: : 好像有點抽象@@
: : 懇請指教~
:
: http://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E4%B8%87%E6%9C%89%E5%BC%95%E5%8A%9B
: 這邊有很詳細的說明
:
: 不過還是簡略來說一下
: 牛頓坐在樹下 被蘋果打到之後
: 摸著頭 嘴巴正準備講出F...的瞬間
: 想到了萬有引力 可寫成 F＝G*m1*m2/r^2
: 所以我們認為 引力只是一種單純的力
:
:
: 但是 我們知道 光速 在跑動的時候
: 會受到 星球重力影響 而彎曲

我想應該說，附近的時空是彎曲的，
而光只是在這個時空中，走直線。

: 造成 在天文觀測中 我們有時可以觀測到 星球正後方的星體
: 因此在廣義相對論中
: 愛因斯坦認為
: 重力場 會扭曲時空（空間）

是彎曲整個時空，只講空間意義有點含糊。
因為時空是一體的，要單看空間有沒有被彎曲，得先去定義同時面。

:
: 想像一下你把絲襪材質的東西
: 延展開成 直徑30公分圓形
: 然後在正中間 放一顆 5公分直徑 但是10公斤重的球體
: 絲襪材質的圓就會從正中間下陷成漏斗狀
: 而這個絲襪材質就是時空（應該說空間）
:
: 而引力場 則扭曲了這個空間
: 造成光速橫跨這個扭曲的空間時
: 被拉著轉彎
: （想像一顆小球 從個凹陷處經過）

這個例子只能說明兩個面有不同的度規，
但有時候也會造成誤導，所以我補充一下。

表面上看起來，似乎是空間彎曲造成的現象，但其實不對的。
真正被彎曲的是整個時空。
就好比一張平坦的紙與一個球面，你可以用座標(t,x)描述上面每個點。
類似的你可以推廣到四維時空(t,x,y,z)

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: -----題外話-------
: 那黑洞因為 體積無限小的關係
: 所以密度無限大 （奇異點）
: 因此 這個下陷的最深處 會在無限遠
: 這樣就會感覺 好像有個通道會通去無限遠的地方
: 也許連接另一個宇宙的黑洞
: 那兩黑洞中間連接的就是蟲洞
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: 由於黑洞的扭曲很大 甚至連光速都逃不離這個空間
: 所以光速 會旋轉至黑洞深處 （被吸進去）
: 在進到深處或 該奇異點時會放出噴流
: 也就是利用這個來觀測 黑洞的
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: http://38gav.blogspot.com/2010/08/blog-post_6257.html
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