我們在日常生活當中或許會有這樣的印象,不同質(zhì)量的物體放到一個平直的橡膠膜上的時候,對于橡膠膜所造成的彎曲是不太一樣的。質(zhì)量比較大,造成的彎曲就比較大;如果質(zhì)量比較小,那造成的彎曲肯定就比較小了。
那同樣的,我們可以想象,宇宙也是由時空構(gòu)成的,不同質(zhì)量的天體也會造成時空的彎曲。在這里(圖片3)列出來的三個天體——太陽、中子星、黑洞,它們的質(zhì)量是不太一樣的。黑洞密度最大的,所以最終它造成的彎曲是最明顯的。如果有一個物體在這個彎曲的空間上運動,那自然就會感受到這個彎曲空間所造成的加速度,從而表現(xiàn)為所謂的引力。這就是愛因斯坦在廣義相對論當中所提到的等效原理。也就是說,重力場(一個質(zhì)量所導致的引力)和適當加速度運動所產(chǎn)生的引力,這兩者之間是等效的,我們是不能夠區(qū)分出來的。
下面是一個簡單的例子。比如上圖(圖片4),有一個物體,它對于時空造成了彎曲,那周圍我們放置一些不同的物體的時候,它是怎么運動的呢?盡管這些物體是想沿著它想象當中的直線去運動,但是因為空間是彎曲的,所以最終它會表現(xiàn)為圍繞著這個天體在運動。這就是我們所知道的萬有引力,比如說地球圍繞著太陽運動。這其實是因為太陽造成了這個時空的彎曲,盡管地球在每一時刻都想沿著一個直線去運動,但最終表現(xiàn)出來的就是一條曲線。在這里有一個測地線,因為直線其實并非在彎曲空間當中最短的距離,而在彎曲空間當中最短的距離,我們稱之為測地線,測地線其實往往是彎曲的。怎么理解呢?比如要從北京到紐約,最短的距離并不是任何一條直線,最短的距離是沿著地球的大圓圈上的一小段,我們想象是一條直線,但是如果把最終經(jīng)過的路線投影到一個二維的平面上去看,就會看到這個最短的距離其實是一條曲線。這個曲線其實就是指測地線。
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