第308章 人类智慧最极致的浪漫:时空因你而弯曲!
李奇维通过理性的思考和深入的分析,大胆假设了两个基本原理。
第一,惯性力场和引力场在局部是等效的。
第二,所有物理定律在任何的参考系中都有相同的形式。
基于这两个原理,就可以得出非惯性系=惯性系+引力场。
因此,面对狭义相对论束手无策的非惯性系问题,就可以分解成惯性系问题。
而惯性系很简单,牛顿定律已经研究的很完美了。
剩下只要专心研究万有引力即可。
开始思维实验。
之前我们说了,假设有一艘以加速度g做加速运动的飞船。
如果有个人k,手里拿个篮球,那么他松开手,篮球就会像自由落体一样,落在飞船的地面上。
而且轨迹、速度等和在地球上完全一样。
因为这时候的飞船给人的感觉就相当于地球。
他分不清篮球受到的到底是万有引力,还是飞船给的惯性力。
好了,重点来了!现在让我们的思想更近一步。
要是k手里拿的不是篮球,而是手电筒呢?
现在飞船继续以加速度g向上运动。
这时,k在水平方向打开了手电筒,光瞬间产生,沿着水平方向朝k正对面的墙壁运动。
那么,想象一下,此刻站在地球上的人会看到什么现象呢?
很简单。
飞船是在做加速度为g的匀加速运动,而光速又是恒定不变的。
所以水平方向和竖直方向上,光走过的距离是不一样的。
因此,地球上的人会看到光朝飞船加速度的反方向运动。
看起来就像光往下“垂”了。
即光线变成弯曲的了,而不是直线水平了。
看起来就像是一条抛物线。
大家可以在脑海里想象这個场景。
假设在一个直角坐标系上,一个小球在原点被抛出。
如果单位时间内,y轴经过的距离比x轴大。
那么连起来是不是就是一条抛物线了。
这就是光在加速运动飞船里的情形。
这就不得了。
要知道,惯性力场和引力场是等效的。
此时的宇宙飞船其实就相当于地球。
那么同样,在飞船内光是弯曲的,说明光在地球上同样是弯曲的。
都是由于加速度g的作用,导致光不再走直线,而是变成弯曲传播。
这一步很关键,再好好想想,争取想明白。
为什么我们平时在地球上看不到光走弯线呢。
因为地球的质量太小了,对光的弯曲程度很小。
现在,我们得到了第一个匪夷所思却又理所应当的结论:引力会让光线弯曲。
要是一般人推理到这,估计已经喜出望外了。
哇塞,太牛逼了。
光竟然会弯曲。
这是多么重大的成果啊。
但是真实历史上的爱因斯坦,他没有满足这个结论,又接着继续深入思考下去。
引力会弯曲光线到底意味着什么呢?
这时,他忽然想到了比萨斜塔实验。
当然跟那个真实的实验不太一样,他更进了一步。
爱因斯坦就在想,两个完全不同的物体,比如篮球和鸡。
如果把它们放在真空中,那么二者在引力的作用下,下落的速度、轨迹等是完全一样的。
这跟篮球和鸡本身具有什么理化性质毫无关系。
如果大胆假设,篮球和鸡达到了光速,那么它们就会和光一样,走光的路径。
光会弯曲,它们也会弯曲。
爱因斯坦灵光一闪,他觉得这个现象,就感觉引力好像不存在一样。
不管是光,还是篮球和鸡,它们都像是在一个已经确定中的路径运动一样。
什么意思呢?
就比如现在有一段光滑的轨道,形状崎岖不平。
那么不管你放什么东西进来,它们走的路线都是一样的。
只能是轨道本身的形状。
因为路线已经被定死了,就是这个形状。
不管什么物质、什么速度,都影响不了轨道。
到此,爱因斯坦发现了惊天之秘:引力不存在,让物体轨迹发生变化的是时空本身。
于是他大胆猜测:万有引力的本质是时空的弯曲!轰!推理到这里,李奇维只觉得脑海中有惊雷在炸响。
胸腔中仿佛有一股热流直冲天灵盖!
热流轰然爆发,组成了一道霸天绝地的身影。
那道身影立足地球,背朝众生,直面浩瀚的宇宙。
他轻轻吐出一个音符:“力!”
声音迎着空间,炸裂般传递出去,直达宇宙的边荒。
落在宇宙万灵的耳中,犹如洪钟大吕,气吞山河,霸道无比。
李奇维深吸一口气,缓缓收回异象。
他从牛顿定律一步一步推导,终于发现了引力和时空弯曲的关系。
还有比这更让人激动和疯狂的事情吗?
前世的他没有做过这样的事情,因为没有那种特殊的环境。
而现在,即便他两耳不闻窗外事,但是外界对于他的期待,他通过迪莉娅已经知道了。
他现在就是物理学的中心,整个时代大势落在了他的肩膀上。
这一刻,他的大脑好像都发生了进化,逐渐向真正的天才靠近。
李奇维呼吸加速、心跳加快,笔尖都在颤抖。
宇宙的奥秘此刻就好像具现化了。
被他握在手里,弯曲缠绕如奇谲瑰丽的光线。
李奇维再度深吸一口气,慢慢地平复下来,事情还未结束。
接下来,他就要想办法证明时空弯曲这个惊世骇俗的观点。
老规矩,依然是思想实验,能不动手就不动手。
这就是大名鼎鼎的圆盘实验。
现在,请闭上眼。
想象漆黑一片,广袤孤寂的太空中有一个巨大的圆盘。
此时有两个人站在圆盘上,分别是x和y。
x站在圆盘的中心,y站在圆盘的边缘。
现在,巨大圆盘开始顺时针转动,其产生的向心加速度正好等于地球的重力加速度。
(注:圆盘旋转的速度虽然不变,但它依然是变速运动,因为运动方向时刻都在变化。)(而圆周运动的加速度方向总是指向圆心的。)那么和宇宙飞船一样。
此刻站在圆盘边缘的y,由于是跟着圆盘一起运动。所以他会受到一个惯性离心力,其大小就等于他在地球表面受到的引力。
因此y就会觉得自己好像依然是站在地球上,非常巴适。
但是x就难受了。
因为他处在圆盘的中心。
圆盘没有给他施加任何的惯性力,同时也没有引力。
所以x就会变成失重状态,相当于他站在了地球的中心。
这个圆盘就是一个和地球引力场等价的装置。
根据狭义相对论,此时y是相对于x做加速运动的。
(不要反过来问,为什么不是x相对于y做加速运动的,前面章节有解释。)所以y的时间就比x的时间要慢。(钟慢效应)
由于圆盘的加速度等效于引力。
所以我们可以认为是引力导致y的时间变慢了。
如果此时让中心的x开始逐渐靠近y,那么他的时间也会因为有了加速度而逐渐变慢。
随着x移动的距离越大,他受到的惯性力加速度就越大,时间就越慢。
等效于x受到的引力越大,则时间越慢。
李奇维咔咔咔一顿计算。
时间变慢的过程是一条曲线。
因此,他就可以得出结论:引力可以导致时间弯曲。
好了,接下来再看空间。
首先,让x再回到圆盘的中心。
接着,让x和y分别同时测量圆盘的周长。
此刻,x测量出来的圆盘尺寸,和在地球上的观察者测量出来的尺寸是一样的。
因为x和地球观察者都是相对于圆盘是静止的。
但是y测量出来的尺寸,则因为狭义相对论的尺缩效应,从而和x不一样。
y测量出来的周长更大。
因为y在x和地球观察者看来,他发生了尺缩效应,因此他手中的尺子也变短了。
所以同样的圆盘,他的尺子需要多测几次才能测量完周长。
(注意,在x看来,圆盘的周长同时也发生了收缩。)(但是x手中的尺子并没有收缩,所以他测出来的周长还是小于y测出来的。)接着,y用他测量出来的周长去计算圆盘的圆周率,就会发现结果大于π。
李奇维通过复杂的数学计算,精确地得出了这个结果。
顺理成章地,他就可以从这个圆盘实验中,得到一个推论:即圆盘所在的空间发生了弯曲,圆周率不再是π。
因为在一个二维的平面上,一个圆形的圆周率是固定的π。
而现在圆周率变了,就足以说明这个圆就不在一个平直的空间中了。
因此,太空中的巨大圆盘也不是在平直的空间中。
引力弯曲了空间。
至此,李奇维仅仅通过巧妙且精致的思维实验,就证明了引力会让时空发生弯曲。
或者说,有引力的地方,时空就不是平直的。
到这里,他完美证明了,引力只是一种假象,它并不存在。
引力只是时空弯曲产生的一个结果形式而已,是一种几何效应。
本质上,是因为弯曲的时空,让物体之间有了可以运动的轨道,从而产生了力的假象。
哗!当李奇维写到这里的时候,他重重地吐出了一口气。
惊天动地、惊世骇俗的广义相对论,其核心理论就这样在他的手中完成了。
没有人能够体会到他此刻的心情。
激动、热血、颤抖、紧张、懵逼,各种情感交织在一起。
即便以他十多年来养成的沉稳气质,也忍不住动容了。
那可是广义相对论啊!人类百万年历史上,思想成就的最巅峰代表。
它让人类的思想超越了肉体的限制,包容了整个宇宙。
用任何伟大的语言赞美都不为过。
所谓的帝王将相,在这个理论面前,恐怕连提鞋的资格都没有。
而现在,李奇维亲手从头开始,打造出了这个无与伦比的理论。
他心潮澎湃,因激动而口干舌燥,拿起旁边的茶水就是一顿猛灌。
价值千金的茶叶泡出的上等好茶,此刻也只是解渴的东西而已。
他面前纸上的一个字,就比全世界所有的茶叶加在一起还要珍贵。
李奇维高喊一声:“迪莉娅,加茶。”
吱!在办公室外边的迪莉娅闻声而入,手里拿着茶壶。
她关好门刚一转身看到李奇维,忽然“呀”的一声,然后捂住了小嘴。
李奇维有点莫名其妙,自己脸上又没有花,对方这是怎么了。
然而此刻,在迪莉娅的眼里,李奇维身上散发的气质让她沉沦了。
那是一种什么样的魅力啊。
对于她有一种无法抗拒的吸引力。
就好像把全世界所有男人最优秀的特质,都集中在了一个人的身上。
迪莉娅在伦敦国王学院好几年了,却从来没有见过像此刻的李奇维这样的男人。
性感、无敌、神秘、让所有女人只敢远观,不可亵玩。
迪莉娅口干舌燥,浑身燥热,她感觉快压抑不住自己了。
李奇维的身影恍惚间无限高大,连天都压不住了。
浑身散发的智慧气息,让迪莉娅差点颤抖的窒息了。
这是李奇维刚刚突破天人,以物理入圣后的气息残留。
发现宇宙伟大真理后,李奇维的气质就已经彻底改变。
对于迪莉娅这种学习理科的女性来说,不亚于世间最浓烈的药物。
她结结巴巴,颤抖地说道:“布布鲁斯教授,您.您.是.”
李奇维笑道:“怎么了,迪莉娅,过来加茶啊。”
“是不是刚刚我的声音太大了。”
迪莉娅猛然惊醒,那种感觉逐渐消失了。
“不不是,我只是刚刚好像看到了什么不可思议的现象。”
“布鲁斯教授,您没事吧。”
李奇维看着这个傻乎乎的洋妞,笑道:“我很好,刚刚理论有了重大突破,所以激动地多喝了几口。”
“你给我再加满吧。”
迪莉娅连忙哦了一声,快速走到李奇维的身边,一边加茶一边兴奋地问道:
“哇,布鲁斯教授,您的广义相对论终于要完成了吗?”
李奇维淡淡一笑,“还差一点,不过也快了。”
迪莉娅甜甜一笑,胸口又猛地颤动了一下,把李奇维偷瞄的眼睛看的眼皮直跳。
迪莉娅加完茶后,就轻轻出去了,她不敢打扰布鲁斯教授继续思考。
当她走到门口时,忽然感觉到下半身的异样,顿时羞愧的脸颊通红,掩面而逃。
不过这一幕,我们的正人君子李三少目不斜视,没有看到。
此刻,他补充完茶水能量后,重新打起精神,又专注在论文上了。
现在已经知道,引力的本质是时空弯曲。
那么下一步很自然就得研究,时空到底是如何弯曲的。
后世的那句经典名言:物质告诉时空如何弯曲,时空告诉物质如何运动。
那么这个“如何”到底是如何呢?