在百度百科中我們可以查到，地球軌道是指地球圍繞太陽運行的路徑，大體呈偏心率很小的橢圓，其半長軸（a）1.496×108千米，而在其他的星球在圍繞太陽轉動時，根據我們的經驗，大多都是橢圓形的軌道，彗星的尤為明顯。那么為什么會是橢圓這種形狀呢？
但是，你有沒有想過，問題并不是它為何如此，而是它本應如此。
在我們的現(xiàn)實接觸的物理常識都是出于伽利略變換，伽利略變換是由兩個相對做等速直線運動的參考系中的時空變換，它非常精準的描述了我們日常生活的低速世界，在伽利略變換中，我們的時間是線性的，均勻流逝的，空間是獨立的，我們測得的距離與在其中物體的運動無關。但愛因斯坦在提出相對論后我們發(fā)現(xiàn)很多很直觀的公式在達到光速時都并不能適用了。
在伽利略變換中我們將世界看做三維的空間，如果去確定一個東西的位置，只需要去確定三個點的坐標，每一個點代表一個空間維度，這樣這個地方的具體位置便確定了。
但愛因斯坦在狹義相對論中不同意這種模型，他擴充坐標點的三維轉動對稱性，加入時間，時間坐標并不是獨立于空間的坐標，事件需要用四個坐標來標記；加入時間后，兩個時間之間的聯(lián)系成為時空間隔。
當一個粒子在時空運動時，它的軌跡是一條線，它的世界線，你身體中所有的粒子都會描繪出一條世界線，如有有一個高維空間的“人”觀察時，你的一生就是粒子世界線的集合：所有的世界線收斂在你出生之時，猶如一條條蠕蟲在時空中蜿蜒行進，你死后他們各自按自己行程獨自繼續(xù)前進。
在四維的模型中，在測時空間隔的公式類似于兩點間的距離，但時間和空間單位不同，需要加入一個變換因子，即光速，光速作為空間和時間中不變量，即所有速度下的觀測者測量的光速都是c；
但不同慣性觀測者之間的坐標關系公式為洛倫茲變換，洛倫茲變換將空間坐標和時間坐標混合起來。在一個接近光速的慣性觀測者和相對靜止中的觀測者測得的時間和距離都是不同的，時間的現(xiàn)象叫做時間膨脹，空間的現(xiàn)象叫做長度收縮；
如果時間可以膨脹，空間可以變短，那么我們使用的常量便需要謹慎對待，能量是我們用常量定義出來的，如果一個子彈的速度接近光速，在測量中根據洛倫茲不變性，可以測得子彈具有不同的值，子彈的質量隨著速度加快而變大，增大的質量來源于能量，他們的關系是E=mc2；能量與質量并非獨立的。物質可以創(chuàng)造也可以消滅，只要對應的能量改變，質量只是能量的另一種高度凝聚的形式。
以上的觀點便是愛因斯坦提出的狹義相對論，在狹義相對論中，主要為慣性觀測者，這樣的觀測者可以意識到兩個事件時空間隔的不變性，但對于非慣性觀測者則不同，而我們所處于的位置并不同于慣性觀測者，我們是非慣性觀測者，接下來就是廣義相對論的思想。
你在一個密封的屋子里，不會知道自己是否運動和多快的速度，但加速度會讓你感覺到力，即“慣性力”，那么你在地球表面上和在1g加速度的飛船上感覺到的重量有區(qū)別嗎？并沒有，這便是愛因斯坦提出的等效原理——局域的引力場與加速運動不能區(qū)分。那么，如果你在一個加速的房間里，對著墻發(fā)射一束激光，這時飛船加速了，你的激光擊中的位置便偏下了，即加速度使光的運動路徑看起來變彎了，等效原理來看，引力場同樣能使光線彎曲。
那么這個問題驚奇的發(fā)現(xiàn)光的傳播兩點距離最短，那么在這路徑上最短的距離不是一條直線而是曲線，意味著，引力場存在的話，空間是彎曲的。
而在加速度中，測得的頻率同樣會發(fā)生變化，遠離觀測者的輻射會拉長，頻率變低，稱為紅移，向著觀測者的運動的物體輻射壓縮，頻率增高，稱為藍移；而鐘的根本含義是固定時間間隔內重復同一動作的裝置，那么頻率的改變意味著引力場中不同位置的時間的快慢是不同的。所以在加速度的情況下或者引力場的情況下，時間也是彎曲的。
最后的結論是引力是可以彎曲時空的，愛因斯坦認為，引力就是時空幾何結構的彎曲和扭曲。
那么我們看世界的方式便可以改變：光的傳播路徑必須是兩點之間的傳播時間最短的路徑，通常我們認為兩點之間最短的是直線，光在兩點之間直線傳播，因此我們一般認為空間是平坦的歐幾里得平面，如果光在引力場中發(fā)生彎曲，那么兩點之間最短的傳播路徑應該是一條曲線，而不是一條直線。
我們回到之前的問題，地球之所以不按照圓形軌道圍繞太陽運動，是因為有力的作用迫使他不能這樣運動，也就是說橢圓形的路徑這本來就是地球在時空中最直的運動路徑，時空的彎曲是因為太陽的質量和能量造成的。
聯(lián)系客服
