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速度与重力的关系及对时间的影响

本集视频讲述从伽利略发现重力属性-牛顿提出的万有引力-爱因斯坦提出相对论-最终发现速度、重力、时间之间的关系
发布时间:2020-11-05 10:49:07   原创作者:爱因斯坦  

历史上第一位对重力算是又一个比较正确理解的人是“伽利略”,他发现重力又一个特别不可思议的属性:无论是中的东西还是轻的东西,无论是什么材质,它们受到的重力都是一样的。但是这个现象却没有人能够给出一个正确的解释。

直到“牛顿”通过一个苹果解释了这个事情:原来这个苹果收到了地球的引力。那么地球上所有的东西都会收到这种重力,不光是地球,任何东西只要有质量都会相互吸引,这就是“万有引力”。到此人类也就知道了为什么地球绕着太阳转而不会脱离太阳,月球绕着地球转而不会脱离地球的原因。

后来人们通过对水星的研究观察,发现水星的实际公转周期并不符合牛顿的万有引力公式的计算结果,误差虽然不大但是排除了各种因素之后都无法排除。接着黑洞学说的出现彻底把万有引力说法拉下了神坛,因为光是没有质量的,但是同样可以被黑洞引力所改变,这就完全不符合万有引力的说法了。

直到爱因斯坦的相对论被认可后,这个问题似乎才有了一个科学合理的答案。爱因斯坦认为,时间和空间是柔软的,时空相互交织,可以相互影响的,爱因斯坦还认为:速度和重力是等价的,时间在不同的场合会发生不同的变化,时间可能会受到一些因素的影响,比如引力和速度。简单来说,钟表运动时,比不运动时运行更慢。引力越强,钟表也跑得越慢。

根据广义相对论,爱因斯坦预测引力和时间之间存在密切关系:引力场会拖时间的“后腿”,让时间放缓。引力越大,时间就会过得越慢,反之则越快。因此,当接近一个质量很大的物体如地球时,时间也会变慢。离地球近的人,时间如静止,离地球远的人,时间如飞逝。霍金自己也曾做过如此比喻:站在楼上的人,要比楼下的人老得更快一点。你的鼻子要比你的脚趾老的快。呵呵。我们每天用的全球定位系统依赖于人造卫星,上面时钟的时间就比地球上的钟略微快一点。

在“狭义相对论”中,爱因斯坦定义光速是绝对一致的,永远不会发生改变,会改变的是时间和重力。在宇宙中,一个物体运动得越快,时间就流失得越慢。这个理论延伸出了很多著名的思想实验的基础,比如说著名的“双胞胎悖论”——有一对双胞胎,其中弟弟留在地球上,哥哥则乘坐光速宇宙飞船前往遥远的太空,当他回来的时候,会发现自己的弟弟已经垂垂老矣。

在《和霍金一起探索宇宙》中,霍金用了两个假想场面解释爱因斯坦这两套相对论:一个是假想的环绕地球的快速火车。火车越开越快,直到接近光速,此时,火车里的人的时间简直可以用“度日如年”来形容,在假想中接近光速的状态下,钟表的振荡将发生了十分明显的变化;另一个假想是一艘宇宙飞船从地球出发,飞到宇宙黑洞边缘,飞船驾驶者技术过硬,刚刚好停留在极端靠近黑洞却又不会被黑洞吸入的位置上,此时飞船上的钟表的振荡也发生了明显的改变。

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关键字:爱因斯坦万有引力时间与空间重力波
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