探索宇宙的空间曲率

探索宇宙的空间曲率第1页，共16页，2023年，2月20日，星期六如果用一个激光发射器在南极竖直向上发射一道光线，假如光线能量永不衰减，则过一段的时间后，光线会到达那里？第2页，共16页，2023年，2月20日，星期六宇宙在加速膨胀…宇宙中的任意空间里都是弯曲的。换句话说：一切物体在重力场中运动的轨道都会发生弯曲。这是爱因斯坦发现的，不是牛顿！！第3页，共16页，2023年，2月20日，星期六由一个三角形说起：一个平面上的三角形；一个球体凸表面上的三角形；一个球体凹表面上的三角形。第二个问题：它们的三个角的和是多少？第4页，共16页，2023年，2月20日，星期六这个结论是不符合欧几里得几何的性质的。因为这个解释已经不是几何学的普通定律能解释的。非欧几何时代的时空第5页，共16页，2023年，2月20日，星期六不要紧，再举例子：让我们设想有一个巨大的圆形舞台，像唱片那样绕着自己的轴匀速地转动着。再假设有一些小的刻度尺，沿着从圆心到圆周上某一点的半径，头尾相连地排成一条直线；另一些则沿着圆周排成一个圆。一个人站在舞台旁边（姑且算他观察者A）；另一个人站在舞台的中心（姑且把他作为观察者B）。现在圆盘开始转动，则刻度尺会发生什么变化？第6页，共16页，2023年，2月20日，星期六第7页，共16页，2023年，2月20日，星期六爱因斯坦认为：在古典物理学中，时间被看做某种完全不依赖于空间和运动的东西，它是“均匀地流动的，不依赖于任何外界事物”（牛顿说的）；与此相反，在新的物理学中，空间和时间却是紧密联系在一起的，它们只不过是发生在一切可以观察到的事件的均匀“时空连续统”的两个不同截面。时间乱序矢量第8页，共16页，2023年，2月20日，星期六统一起来说：在一个物体接近或达到光速时，以它为参考系，所有周边物体的长度将逐渐缩小。第9页，共16页，2023年，2月20日，星期六观察者A来说：在圆盘周围的尺子长度会逐渐减小，所以要更多的尺子才能摆满整个圆盘；而沿着直径的尺子不会改变。观察者B会看到：所有尺子都会向远处移动，这是受到一个效果力的影响，但使得这个平面上的原本符合普通几何性质而发生改变。第10页，共16页，2023年，2月20日，星期六我们还可以考虑一束光线前进时的路径。如果那束光通过圆盘上面但路径不是直径，据观察者B来说：光线在舞台上画出的路径却并不是直线，即使相对于A来说光线一定是由直线传播的。第11页，共16页，2023年，2月20日，星期六这个实验就解释了空间曲率：我们曾经利用直线的最合理定义得出，在非匀速运动的参考系中得到的几何图形是与欧几里得几何学不同的。因此，应该认为这样的空间是弯曲空间。既然任何一个重力场都存在的空间都是弯曲空间。我们还可以进一步说，重力场只不过是空间曲率的一种物理表现。因此每一点上的空间曲率都应该由质量分布所决定，并且在重的物体（或天体）旁边，空间曲率应该达到其极大值。第12页，共16页，2023年，2月20日，星期六这个结论已经通过研究水星的运动而得到验证。已经发现，它的轨道近日点在空间并不是固定不变，而是每转一圈都会系统地改变它相对于太阳的取向。第13页，共16页，2023年，2月20日，星期六一个平面上的三角形：180°一个球体凸表面上的三角形：>180°一个球体凹表面上的三角形：<180°第14页，共16页，2023年，2月20日，星期六理论上：只要光线在宇宙中的轨道上不存在其他物体，会