作业帮请问物力高手,如果用广义相对论中的时空扭曲代替万有引力,那么如何解释苹果掉下来(即重力)现象?打错字了.
来源：学生作业帮助网 编辑：作业帮 时间：2024/11/27 07:31:16
请问物力高手,如果用广义相对论中的时空扭曲代替万有引力,那么如何解释苹果掉下来(即重力)现象?打错字了.
请问物力高手,如果用广义相对论中的时空扭曲代替万有引力,那么如何解释苹果掉下来(即重力)现象?
打错字了.
请问物力高手,如果用广义相对论中的时空扭曲代替万有引力,那么如何解释苹果掉下来(即重力)现象?打错字了.
这个好说,先回顾一下牛顿第一定律：“物体所受合外力为零或者不受力的时候静止或者匀速直线运动.”广义相对论非常巧妙的推广了牛顿第一定律的这个思想.
就以苹果下落为例,在广义相对论中,“引力”的概念被“时空弯曲”的概念所取代（这里地球附近的时空区域可以简化成Schwarzchild Spacetime）,所以“引力”在广义相对论里面也就不是“力”的概念,那么苹果下落自然是只受到引力的作用,那么按照广义相对论,只有弯曲的时候的概念,而没有引力的概念,所以这个苹果是没受任何“力”的作用,既然不受力,那么它应该在弯曲的时空中做“匀速直线运动”.而用广义相对论的话来说,“弯曲时空中的匀速直线运动”正是我们平时说的自由落体运动.
总而言之,用广义相对论的话来说“苹果下落”这件事,就是由于“苹果不受力,而在弯曲的时空中做匀速直线运动”所致的.
至于为什么“苹果下落”这件事用广义相对论的眼光来看,它做的是“匀速直线运动”,这是由于广义相对论是在四维广义黎曼空间里面讨论物理问题,时间空间都是统一的,而苹果在时空中的四维速度是个常矢量,其在四维时空中的轨迹是测地线（即弯曲时空中的直线）,所以说它是“匀速直线运动”.至于更深刻的理解需要一种比较繁琐的数学知识,LZ需要学习近代微分几何才能明白,就不赘言了.
参考资料：
梁灿彬 周彬 《微分几何入门与广义相对论》（第二版）
P.A.M Dirac 《General Theory Of Relativity》
这本书有个中译本的：
按照广义相对论，在局部惯性系内，不存在引力，一维时间和三维空间组成四维平坦的欧几里得空间；在任意参考系内，存在引力，引力引起时空弯曲，因而时空是四维弯曲的非欧黎曼空间。爱因斯坦找到了物质分布影响时空几何的引力场方程。时间空间的弯曲结构取决于物质能量密度、动量密度在时间空间中的分布，而时间空间的弯曲结构又反过来决定物体的运动轨道。在引力不强、时间空间弯曲很小情况下，广义相对论的预言同牛顿万有引力定律和牛顿运动定律的预言趋于一致；而引力较强、时间空间弯曲较大情况下，两者有区别。广义相对论提出以来，预言了水星近日点反常进动、光频引力红移、光线引力偏折以及雷达回波延迟，都被天文观测或实验所证实。近年来，关于脉冲双星的观测也提供了有关广义相对论预言存在引力波的有力证据。 那么我们来讨论下这个问题： 在局部惯性系内，不存在引力；那么也就不可能出现万有引力，但由于时空弯曲假设地球不存在，苹果的运动应该是静止不变或匀速向前的； 但地球突然出现在这里后，势必会引起空间扭曲，由图像可以看到地球引起的时空扭曲使苹果所在的平面发生位移当然苹果就这样运动到地面上了！