我們知道,根據(jù)狹義相對論,真空中的光速C是任何物體運動的極限值。但是事實上,廣義相對論中,光速也是任何物體運動的極限值。
那么既然如此,廣義相對論中的“廣”字體現(xiàn)在哪里呢?
廣義相對論在推導(dǎo)過程中使用了“等效原理”。
》引力場的局部和做加速運動的慣性系完全等價。
因為慣性系要服從狹義相對論,所以廣義相對論中,光速仍然是萬物運動的極限。
廣義相對論解決狹義相對論沒辦法解決的幾個問題:
第一,描述了大質(zhì)量物體對于時空曲率的影響。
第二,解釋了大質(zhì)量星體在燃燒完以后潰縮為黑洞的過程。
第三,描述了宇宙的誕生與演化過程。
大質(zhì)量物體對時空曲率的影響,表現(xiàn)為讓通過附近的光線彎曲,彎曲的光線可以繞開前面的遮擋物,使后面的物體被看見;光線在離開引力場的時候,頻率會降低,產(chǎn)生紅移現(xiàn)象;由于星體的旋轉(zhuǎn)會對周圍的時空產(chǎn)生拖曳效應(yīng)。
目前的科學(xué)實驗,都在極高的精度上驗證了上述廣義相對論的推論。
》根據(jù)廣義相對論,空間必須依賴于物質(zhì)的存在而存在。
因為物質(zhì)之間的聯(lián)系以光速為界,所以物質(zhì)對于空間的影響也以光速為界。
當(dāng)兩個黑洞合并的時候,一部分能量會以引力波的形式向太空中釋放。因為引力波是由于時空彎曲產(chǎn)生的漣漪,所以引力波的速度也是光速。
美國激光引力波天文臺對多起雙黑洞合并事件進行了測量,證實了引力波的傳播速度是光速。
》1929年,美國天文學(xué)家哈勃發(fā)現(xiàn)了驚人的現(xiàn)象!
哈勃在用望遠(yuǎn)鏡觀測宇宙空間中星系的時候發(fā)現(xiàn):在遙遠(yuǎn)的宇宙空間,所有的星系都在做遠(yuǎn)離地球的徑向運動,星系相對于地球的運動速度,等于星系、地球之間的距離乘以一個常數(shù)。
這個常數(shù)被稱為哈勃常數(shù),為72公里每秒/百萬秒差距,相當(dāng)于0.022米每秒/光年。
在一光年的尺度上,這個速度非常的微小,但是只要乘以足夠長的距離,這個數(shù)字就會擴張的非常大。
我們一般說,可觀測的宇宙半徑是450億光年。在450億光年外的星系,飛離地球的速度相當(dāng)于光速的兩倍。
我們看到的這些星系的影像,實際上是138億年前發(fā)出的。
也就是說宇宙邊緣現(xiàn)在是什么樣子,我們?nèi)祟愑肋h(yuǎn)也不知道。
》廣義相對論描述的宇宙大爆炸,與真實的宇宙擴張有出入。
我們所處的三維空間的宇宙附著在一個高維度的超球體宇宙上。
在銀河系中能夠找到的最古老的恒星大概是136億歲,而宇宙中第1顆恒星被點亮的時間,大約在宇宙誕生以后2億年。所以我們這樣反推宇宙的年齡是138億歲。
因為宇宙現(xiàn)在是在不停的擴張,所以把時間軸回滾到138億年前,按照正常的推論,它應(yīng)該壓縮成一個點。
這個點就是宇宙大爆炸的起點。
廣義相對論描述的宇宙大爆炸,是物質(zhì)的大爆炸。就像一個普通的炸彈那樣的爆炸。
按照廣義相對論,空間的擴張依賴于物質(zhì)的擴張。然而實際上并不是這樣。
但是現(xiàn)在,觀察到的現(xiàn)象可以認(rèn)為:空間可以脫離物質(zhì)單獨存在,宇宙的擴張就是真空在不斷生長的過程。
廣義相對論描述的是:物質(zhì)的運動規(guī)律,在任何坐標(biāo)下運動規(guī)律的不變性。
》宇宙給愛因斯坦出的難題:空間在成長,坐標(biāo)軸在不斷拉伸。
這個拉伸的速度就等于哈勃常數(shù),一光年的尺度,一天可以延長1.9公里。
從表面上看這是物理的困境,更深層次的意義上是數(shù)學(xué)的困境。因為從數(shù)學(xué)誕生第1天開始,函數(shù)的坐標(biāo)軸就是靜止的。
這說明我們的宇宙存在著更深層次的規(guī)律:宇宙即在維度上分層,又在邏輯上分層。
縱觀人類的文明發(fā)展史,所有的科學(xué)研究都要在哲學(xué)原理基礎(chǔ)上才能展開。
》在經(jīng)典物理學(xué)里面,還有一個隱含的原理:定域性原理。
定域性原理是指:物質(zhì)的運動只受周圍的物質(zhì)影響。這個原理,屏蔽了外星人干擾人類物理實驗的可能性。
定域性原理在量子力學(xué)里面被量子糾纏所打破,但是在宏觀物體的運動中仍然適用。
這也說明宏觀世界和微觀世界之間的區(qū)別不只是能量的連續(xù)與否,還有物理學(xué)原理的適用性問題。
定域性原理的適用性范圍問題,宇宙的超光速膨脹問題,不僅僅是愛因斯坦的難題,也是哲學(xué)家和數(shù)學(xué)家的難題。
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