物质存在的空间是弯曲的是谁提出的?怎么理解?阿西莫夫

弯曲空间是什么

当你第一次在爱因斯坦的相对论里见到“弯曲空间”这个字眼时,恐怕是会感到困惑的,真空怎么能是弯曲的呢?

你怎样能使它弯曲起来呢?

为了弄明白这是怎么一回事,先让我们这样想象:在一艘宇宙飞船里,有人在仔细观察附近的一颗行星。这颗行星的表面完全被深深的海洋覆盖着,因此有着象台球那样的光滑表面。再假设有一条船在那个行星的海洋上沿赤道线朝正东方向行驶着

现在再进一步设想一下,这位观察者根本看不见这颗行星,而只能看到这条船。当他研究这条船的运动路线时,他会惊讶地发现这条船走的是一条圆弧。它最后会回到自己的出发点,从而描绘出一个完整的圆周

如果这条船改变路线,航道就会变得弯弯折折的,不再是个简单的圆周。但是,不管它怎么改道,无论它怎么行进,它的航线总是在一个球面上

根据所有这些事实,这位观察者可能会推断出,这条船被束缚在一个看不见的球体的表面上,而束缚它的力正是指向球体中心的重力。要不,他就可能会认为,这条船被限制在一块特殊的空间里面。这块空间是弯曲的,而且弯曲成一个球形,从而迫使这条船走出这样的路线来。换句话说,我们必须在一个力和一种空间几何形态之间作出选择

你大概会认为这是一种想象出来的局面,但实际上并非如此。地球这颗行星是沿着椭圆路线绕着太阳运行的,正象一条船在某个看不见的曲面上行驶一样。至于这条椭圆路线,我们是假设太阳和地球之间有一种引力来解释的,正是这种引力使地球保持在它的轨道上

不过,我们也可以从空间几何形态来考虑问题。我们不是通过观察空间本身——空间是看不见的——而是通过考察物体在这种空间里的运动方式,来确定这种空间的几何形态。如果空间是“平坦的”,各种物体就会走直线从这个空间中通过,如果空间是“弯曲的”,各种物体就会走出弯曲的路线来

一个具有确定质量和速度的物体,如果在离开其他质量都很远的地方运动,那么,它的路径真的可以说是一条直线。而当它走近另一个质量的时候,它的路径就会变得越来越弯曲,显然,是质量把空间弯曲了。质量越大,离质量越近,空间弯曲的曲率就越大

把万有引力看作是一个力,看来要比用空间几何形态去解释它方便得多,也自然得多。但是,如果在考虑光的行进时,情形就会颠倒过来。按照比较旧的观点,光是不受重力影响的,因为它没有质量。然而,当光在弯曲空间里穿过时,它的路径也会弯曲起来。把光的速度考虑进来,它在太阳这个巨大质量的附近经过时路径的弯曲就能计算出来了

1919年,爱因斯坦的这一理论(发表于三年之前) 在一次日蚀期间受到了检验,人们把太阳位于空间某处时靠近太阳的某些恒星的位置,与太阳不在此处时这些恒星的位置进行了比较。结果,爱因斯坦的理论站住脚了。用弯曲空间来讨论万有引力,看来要比用力学术语更为精确

不过,我们还应该提一下,1967年,人们对太阳的形状所进行的精密测量,发现爱因斯坦的引力理论出了问题,今后将会发生些什么情况?还得等着瞧

阿西莫夫《你知道吗?--现代科学中的一百个问题》 科学普及出版社 1984年

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2009-03-07


海云青飞,生命进化规律破解者
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