卫星或行星是如何沿着他门的测底线运动的?

主要解决了牛顿没有解决的问题,牛顿虽然厉害,但是他也不知道下面这几个问题该如何是好,今天开始我们比牛顿还聪明了。

一、引力是如何产生的?

二、为什么行星会围绕太阳运行?

三、爱因斯坦的广义相对论,它最主要的两个方程

四、引力传播的时间是怎样实现?

广义相对论认为,因为有物质的存在,它会提供一个引力源,有了引力源之后会造成时空弯曲。

并且时空弯曲跟物质的多少有关,如果物质越多,它的引力场就越强,造成时空弯曲的程度就越大。

通过一个弹性非常好的薄膜来看

如果弹性很好的薄膜,在这个二维世界上没有任何物体,空无一物的时候,显然,它是一个平直的薄膜。

如果我们在它中心,逐渐给它堆上一些沙子,薄膜它就会逐渐地会弯起来,你堆入的物体越多,它的弯曲程度也就越大,通过这个简单的事例,薄膜上的世界就弯曲了。

广义相对论的另外一个核心思想,它用时空弯曲取代了引力场的概念。

在牛顿力学下,认为行星绕着中心天的运转,是因为受到引力的作用使得它做偏离惯性的运动来解释的。

而在广义相对论下他认为,一颗行星绕着中心天体运行,并非受到一个力的作用,而是因为有引力存在,使得时空产生了弯曲,物体在这个弯曲的时空当中,沿着测地线在运行。

对于测地线这个概念,实际上是一个几何,或者说是一个地质学当中的概念,我们这里以地球的球面为例。

比方说把纽约和巴黎,这两个地点拿来说事,那么这两点之间,怎么样一个距离最短呢?

如果我们可以打隧道的话,显然是直线最短,但是如果我们给一个约束,只能够沿着地球的表面走,那么它的最短距离会怎样呢?

显然我们可以通过这两点,做一个地球最大的圆,它其中短的那段圆弧,就是它的测地线,所以说我们这就有了测地线的概念。

爱因斯坦场方程,它对应的就是有物质的存在,就存在有能动的张量,就会使得。时空的弯曲就会使爱因斯坦张量产生相应的变化。

测地线方程告诉我们就是,如果有一个实验粒子在弯曲时空当中运行,那么它就是由测地线方程所决定的,所以这才是广义相对论当中,最重要的两个方程。

相对论效应如何影响到我们的生活,我们现在经常会使用到一个定位的系统,比方说我们经常通过手机来进行定位。

而定位系统是GPS全球定位系统,它通过GPS卫星和地面的一些基站来通过精确的时间测量,把用户的位置测出来。

GPS卫星的轨道很高,速度很快,所以说卫星上的时钟相对于地面的时钟,每天会存在7微秒的延缓的效应。

这个效应是来自于狭义相对论的动钟延缓效应

但是,卫星轨道的引力场相对于地面引力场要弱上很多,这就使得,在卫星轨道上的时钟,相对于地面上的时钟,它会跑得快,每天它会快上45微秒左右的时间。

因为在引力势越深的地方,会存在一个时钟延缓的效果,所以一天下来对于GPS上卫星实际上是这两种效应的叠加,产生累积的效果,会比地面上的钟一天它要快。

所以,必须对它进行校正,我们才能够得到一个精确的GPS的数据。

主要解决了牛顿没有解决的问题,牛顿虽然厉害,但是他也不知道下面这几个问题该如何是好,今天开始我们比牛顿还聪明了。

一、引力是如何产生的?

二、为什么行星会围绕太阳运行?

三、爱因斯坦的广义相对论,它最主要的两个方程

四、引力传播的时间是怎样实现?

一、引力是如何产生的?

广义相对论认为,因为有物质的存在,它会提供一个引力源,有了引力源之后会造成时空弯曲。

并且时空弯曲跟物质的多少有关,如果物质越多,它的引力场就越强,造成时空弯曲的程度就越大。

通过一个弹性非常好的薄膜来看

如果弹性很好的薄膜,在这个二维世界上没有任何物体,空无一物的时候,显然,它是一个平直的薄膜。

如果我们在它中心,逐渐给它堆上一些沙子,薄膜它就会逐渐地会弯起来,你堆入的物体越多,它的弯曲程度也就越大,通过这个简单的事例,薄膜上的世界就弯曲了。

二、行星为什么沿着太阳运行?

广义相对论的另外一个核心思想,它用时空弯曲取代了引力场的概念。

在牛顿力学下,认为行星绕着中心天的运转,是因为受到引力的作用使得它做偏离惯性的运动来解释的。

而在广义相对论下他认为,一颗行星绕着中心天体运行,并非受到一个力的作用,而是因为有引力存在,使得时空产生了弯曲,物体在这个弯曲的时空当中,沿着测地线在运行。

对于测地线这个概念,实际上是一个几何,或者说是一个地质学当中的概念,我们这里以地球的球面为例。

比方说把纽约和巴黎,这两个地点拿来说事,那么这两点之间,怎么样一个距离最短呢?

如果我们可以打隧道的话,显然是直线最短,但是如果我们给一个约束,只能够沿着地球的表面走,那么它的最短距离会怎样呢?

显然我们可以通过这两点,做一个地球最大的圆,它其中短的那段圆弧,就是它的测地线,所以说我们这就有了测地线的概念。

三、爱因斯坦的广义相对论,它最主要的两个方程:

爱因斯坦场方程,它对应的就是有物质的存在,就存在有能动的张量,就会使得。时空的弯曲就会使爱因斯坦张量产生相应的变化。

测地线方程告诉我们就是,如果有一个实验粒子在弯曲时空当中运行,那么它就是由测地线方程所决定的,所以这才是广义相对论当中,最重要的两个方程。

四、相对论效应影响我们的生活

相对论效应如何影响到我们的生活,我们现在经常会使用到一个定位的系统,比方说我们经常通过手机来进行定位。

而定位系统是GPS全球定位系统,它通过GPS卫星和地面的一些基站来通过精确的时间测量,把用户的位置测出来。

GPS卫星的轨道很高,速度很快,所以说卫星上的时钟相对于地面的时钟,每天会存在7微秒的延缓的效应。

这个效应是来自于狭义相对论的动钟延缓效应

但是,卫星轨道的引力场相对于地面引力场要弱上很多,这就使得,在卫星轨道上的时钟,相对于地面上的时钟,它会跑得快,每天它会快上45微秒左右的时间。

因为在引力势越深的地方,会存在一个时钟延缓的效果,所以一天下来对于GPS上卫星实际上是这两种效应的叠加,产生累积的效果,会比地面上的钟一天它要快。

所以,必须对它进行校正,我们才能够得到一个精确的GPS的数据。

这两种讲法是等价的。 例如,我们暂时将地球的自转和它绕太阳的公转置之一旁,则可以讲地球是静止的,一
列火车以每小时 90英里(1英里=1.609公里)的速度向北前进,或火车是静止的,而地球以每小时 90英里
(1英里=1.609公里)的速度向南运动。如果一个人在火车上以运动的物体做实验,所有牛顿定律都成立。例
如,在火车上打乓乒球,将会发现,正如在铁轨边上一张台桌上一样,乓乒球服从牛顿定律,所以无法得知是火

    缺乏静止的绝对的标准表明,人们不能决定在不同时间发生的两个事件是否发生在空间的同一位置。例如,
假定在火车上我们的乓乒球直上直下地弹跳,在一秒钟前后两次撞到桌面上的同一处。在铁轨上的人来看,这两
次弹跳发生在大约相距 100米的不同的位置,因为在这两回弹跳的间隔时间里,火车已在铁轨上走了这么远。
这样,绝对静止的不存在意味着,不能像亚里士多德相信的那样,给事件指定一个绝对的空间的位置。事件的位
置以及它们之间的距离对于在火车上和铁轨上的人来讲是不同的,所以没有理由以为一个人的处境比他人更优

    牛顿对绝对位置或被称为绝对空间的不存在感到非常忧虑,因为这和他的绝对上帝的观念不一致。事实上,
即使绝对空间的不存在被隐含在他的定律中,他也拒绝接受。因为这个非理性的信仰,他受到许多人的严厉批评,
最有名的是贝克莱主教,他是一个相信所有的物质实体、空间和时间都是虚妄的哲学家。当人们将贝克莱的见解
告诉著名的约翰逊博士时,他用脚尖踢到一块大石头上,并大声地说:“我要这样驳斥它!”  

    亚里士多德和牛顿都相信绝对时间。也就是说,他们相信人们可以毫不含糊地测量两个事件之间的时间间隔,
只要用好的钟,不管谁去测量,这个时间都是一样的。时间相对于空间是完全分开并独立的。这就是大部份人当
作常识的观点。然而,我们必须改变这种关于空间和时间的观念。虽然这种显而易见的常识可以很好地对付运动
甚慢的诸如苹果、行星的问题,但在处理以光速或接近光速运动的物体时却根本无效。

    光以有限但非常高的速度传播的这一事实,由丹麦的天文学家欧尔·克里斯琴森·罗麦于1676年第一次发现。
他观察到,木星的月亮不是以等时间间隔从木星背后出来。不像如果月亮以不变速度绕木星运动时人们所预料的
那样。当地球和木星都绕着太阳公转时,它们之间的距离在变化着。罗麦注意到我们离木星越远则木星的月食出
现得越晚。他的论点是,因为当我们离开更远时,光从木星月亮那儿要花更长的时间才能达到我们这儿。然而,
他测量到的木星到地球的距离变化不是非常准确,所以他的光速的数值为每秒 140000英里(1英里=1.609
公里),而现在的值为每秒 186000英里(1英里=1.609 公里)。尽管如此,罗麦不仅证明了光以有限速度
运动,并且测量了光速,他的成就是卓越的——要知道,这一切都是在牛顿发表《数学原理》之前 11年进行的。  

    直到 1865年,当英国的物理学家詹姆士·麦克斯韦成功地将当时用以描述电力和磁力的部分理论统一起来
以后,才有了光传播的真正的理论。麦克斯韦方程预言,在合并的电磁场中可以存在波动的微扰,它们以固定的
速度,正如池塘水面上的涟漪那样运动。如果这些波的波长(两个波峰之间的距离)为 1米或更长一些,这就
是我们所谓的无线电波。更短波长的波被称做微波(几个厘米)或红外线(长于万分之 1厘米)。可见光的波
长在 100万分之 40到 100万分之 80厘米之间。更短的波长被称为紫外线、X 射线和伽玛射线。  

    麦克斯韦理论预言,无线电波或光波应以某一固定的速度运动。但是牛顿理论已经摆脱了绝对静止的观念,
所以如果假定光是以固定的速度传播,人们必须说清这固定的速度是相对于何物来测量的。这样人们提出,甚至
在“真空”中也存在着一种无所不在的称为“以太”的物体。正如声波在空气中一样,光波应该通过这以太传播,所
以光速应是相对于以太而言。相对于以太运动的不同观察者,应看到光以不同的速度冲他们而来,但是光对以太
的速度是不变的。特别是当地球穿过以太绕太阳公转时,在地球通过以太运动的方向测量的光速(当我们对光源


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