严厉的讲,引力场与时空是两个不同的概念。本文将为你简述这2个知识点。

什么是引力场?

在物理学中,引力场是用来解说一个大质量物体向自身周围的空间所延伸并对另一个大质量物体所发作的效果力影响的模型。因而引力场被用来解说引力现象,并以每千克的质量发作多少牛顿的引力为单位。在开始的概念中,引力是点和质量之间的力。继艾萨克·牛顿之后,皮埃尔-西蒙·拉普拉斯企图将引力解说为某种辐射场或流体,但自19世纪以来人们一般用场模型来解说引力,而不是用质点之间的招引力。

在场模型中,不是两个粒子直接招引彼此,而是粒子经过它们的质量来歪曲时空【然后完成两者彼此招引的表象—译者注】,这种时空的歪曲被视为一种“力”。在这样一个模型中,咱们能够将引力现象视为物质在时空曲率的效果下以某种确认的方法运动的趋势,所以能够说本不存在所谓的“引力”,或许也能够说引力自身便是一种设想的力。



引力场的不完全示意图,作者 AllenMcC.

什么是时空?

在物理学中,时空一词是一个用来描绘在三维空间的基础上再加上一个时刻维度,再把它们交融在一同然后构成一个四维的接连全体的数学模型。时空图能够用来将相对论效应可视化,例如为什么不同的调查者会对同一事情发作的地址和时刻发作不同的感知【调查者之间所在的时空坐标不同,所以会对同一事情发作不同的调查成果—译者注】。



时空曲率示意图

直到20世纪初,人们一向以为世界的三维几许结构【以坐标、距离和方向表明的空间表达式】是独立于时刻维度存在的。但是1905年,阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)根据两个假定,创造性地提出了狭义相对论:(1)在一切惯性体系中(即,非加快参考系)物理规律都是不变的;(2)不管光源的运动怎么,真空中的光速对一切调查者都是相同的。

这两个假定组合到一同得出的合乎逻辑的定论:直到其时仍被以为是彼此独立的时刻和空间有必要合二为一,变成一个包含四个维度的无法分裂的时空全体。这样就发作出许多违背直觉的定论:除了独立于光源的运动之外,光速不管在什么参照系中丈量都会具有相同的数值;而在不同的惯性参照系中,事情发作的距离乃至时刻次序都会发作变化(这是同时性的相对性);速度的线性可加性也不再建立。

爱因斯坦把他的理论建立在动力学的基础上,他的理论是对洛伦茨1904年提出的电磁现象理论和庞加莱的电动力理论的一种打破。虽然这些理论包含了与爱因斯坦引进的方程相同(即洛伦兹变换),但它们本质上是用来解说各种试验成果的特别模型,包含闻名的迈克耳逊-莫利干涉仪试验,这些试验极端难以融入现有的范式。

1908年,曾就读于苏黎世的年青的爱因斯坦教师的数学教授赫尔曼·闵可夫斯基(Hermann Minkowski)提出了狭义相对论的几许解说,将时刻和空间的三维空间交融成一个四维接连体,即现在的闵可夫斯基空间。这一解说的一个重要特性是对时空距离作出了正式界说。虽然在不同的参照系中,事情之间的距离和时刻的丈量成果是不同的,但时空距离关于它们调查的惯性参照系是独立的。

闵可夫斯基对相对论的几许解说对爱因斯坦1915年提出的广义相对论的开展至关重要。在广义相对论中,他展现了质量和能量怎么将这个平整的时空曲折成一个伪黎曼流形。



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