空间形状又看不到,爱因斯坦怎样知道它是弯曲的?( 二 )


而B就没那么舒服了 , 他所在的中心就跟地球的中心一样 , 处于失重状态 。 所以这个转动的圆盘就是我们创造出来的人工引力场 , 或者说是一个和地球引力场等价的装置 。
空间形状又看不到,爱因斯坦怎样知道它是弯曲的?
文章图片
根据狭义相对论 , 由于A一直相当于与B在加速运动 , 所以我们可以知道A的时间肯定要比B的时间慢 。
由于加速度等效于引力 , 所以我们就可以认为是引力的存在导致了A的时间变慢 。 如果我们现在让B从中心缓慢地靠近边缘 , 那么他的时间也会因为有了加速度 , 或者是因为有了引力的存在而变慢 。
随着离开圆心距离的增加 , 引力就会增大 , 时间就会越变越慢 , 直到和A一样 。 所以引力可以影响时间 , 而B从中心到边缘的过程中 , 时间变慢会呈现出一条曲线 , 所以我们说引力可以导致时间这个维度发生弯曲 。
空间形状又看不到,爱因斯坦怎样知道它是弯曲的?
文章图片
现在我们让B再回到圆心处 , 接下来的工作是 , 我们要去测量这个转动圆盘的半径和周长 , 我们作为圆盘以外的观察者去测量圆盘的半径和周长所获得的数值 , 和B在圆盘中心测量所获得的数值一样 , 因为我们都相对于圆盘是静止的 。
但是A在圆盘的边缘跟着圆盘转动 , 他测量出来的圆盘的周长却比我们测量出来的周长要长 , 因为A手中的尺子在我们看来发生了洛伦兹收缩 , 所以他测量周长的时候就会导致 , 在我们看来他需要多量几次才能量完一周 , 而我们虽然看到了圆盘边缘的周长也发生了洛伦兹收缩 , 但是我们尺子没有变化 。
所以A测量出来的周长 , 要大于我们测量出来的周长 。
如果利用A测量出来的周长除以半径 , 我们就会发现 , 结果大于2Π , 这跟我们平面上的圆不一样 。
空间形状又看不到,爱因斯坦怎样知道它是弯曲的?
文章图片
平面就代表了二维的平直空间 , 这说明这个圆本身不在一个平直的空间中 , 或者说不在欧式空间中 , 而是处在了弯曲的罗氏空间中 。
爱因斯坦通过这个思想实验 , 确定了有引力的地方时空结构不再是平直的 。 所以断定引力并不存在 , 而是时空的弯曲 , 我们看到的引力作用 , 其实是一种时空的几何效应 。
空间形状又看不到,爱因斯坦怎样知道它是弯曲的?】既然爱因斯坦发现了引力的本质 , 就是时空的弯曲 , 他就需要对弯曲的时空进行几何描述 , 而此时黎曼的球面几何已经静静躺在那里 , 等在爱因斯坦这位知音 。