广义相对论如何解释物体下落?

2025-04-06 22:12:27
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回答1:

我们其实对物体的下落是很熟悉的。可是为什么物体会下落而不是以其他别的方式运动呢?通常情况下我们会说是因为“重力”的原因,但其实这只是牛顿的经典力学的论点。而在在广义相对论当中,我们把一个下落的物体解释为一个没有接收到任何作用力、而是沿着空间中的“最直”路径而运动的物体。

在正常的空间之中,最直路径只是满足两点之间距离最短的那一条路径,在平面上只是一条直线,而在球体的表面上只是像赤道这样的大圆径。
在空间中,这个距离就又会有些不太一样了:两个点现在是空间中最简单的两点,是在空间中。两点间的最短距离现在要穿过空间,就像一个物体可以在空间中穿梭是一样的。

两个事件之间的空间间隔的大小完全可以通过计算得出的。而关键的点在于只有一个连接点,也就是我们所说的理论中的广义相对论的两个事件间最直接的相对连接,让尽可能更多的时间给一个粒子在这个连接上运动。
不过为什么要有尽可能多的时间呢?其实有两个原因:一是根据狭义相对论,一个球体流动的越慢,球体就运动得越快。这一作用在我们生活中的正常速度上是微小到很难察觉的,大约是0.14飞秒,计量单位中的1飞秒是千万亿分之一秒!
还有另外的一个影响:根据广义相对论,时间会在比较高的海拔上运动得更快一些。假设在海拔为0米的高度有一秒钟的流逝,那么在海拔5米的地方会多流逝0.55飞秒。

这两种作用使得一个下落的球体会以一种增加的速度在下落。如果没有重力时间的膨胀效应影响,空间中两个事件的最直接的连接因素就是具有相同速度的路径了。
所以,没有受力的物体也会以相等速度在运动,如果只有一个重力时间膨胀效应,那么这个球体在一开始的时候会运动的比较慢,而在时间流逝的速度加快时它也会变快一些。

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