什么是“时空弯曲”?时空弯曲是如何被证实的?

什么是“时空弯曲”?时空弯曲是如何被证实的?

我们可以借助外力,让一根棍子或者一张纸发生弯曲,从这方面来看,“弯曲”是一个物理方面的常用词。

弯曲程度的大小就取决于这个物质发生弯曲的半径长度,半径越短,其弯曲程度越强;半径越长,其弯曲程度就越接近一个直线。比如一颗篮球和地球的差别。

通常情况下,我们一般认为光的行走轨迹是直线运动,然而在宇宙中存在这样一种异常的情况:当太阳的光线经过遥远的恒星的时候,会产生偏折。

也就是说光不是走直线传播的轨道,而是会根据引力的方向变化而发生改变。而“时空弯曲”,就包括了时间和空间的弯曲。前面我们已经提出过问题:物理弯曲可以理解,但时间弯曲又该怎么形成?

时间弯曲

时间(Time)是物质的永恒运动、变化的持续性、顺序性的表现,包含时刻和时段两个概念。

时间是一个抽象的概念,它是不可见的,却又无所不在。我们一般认为,在宇宙诞生之前(或者说宇宙大爆炸之前),“时间”并不存在;并且时间是一直向前传递的。

人类一般用钟表的形式来测量时间的变化,而在地球上,我们常以分、时、日、月、年等单位来计算地球上发生的每一次改变。比如地球的自转周期是一天,而公转则需要一年。但是这里说到时间发生弯曲,是什么概念?

时间弯曲一般都是跟随着空间弯曲而存在的。当某个物体因为强大的引力场作用,以接近光速的速度进行运动的时候,时间也会一起发生一些变化。

而时间不是一个客观存在的物质概念,因此“时间弯曲”并不是指客观形状上的扭曲,而是代表在时间的差距上所导致的空间弯曲,也就是我们所理解的“时空扭曲”,或者也可以理解成时空错乱。

在宇宙中,所有物质都存在质量上的的差异,而这些质量的差异会导致引力大小的不同。

一般来说,引力作用越大的物质,其时间的流失也越来越慢,因此对时间的扭曲程度也就越强。这也是科学家们认为在黑洞中可以穿越时空的主要原因之一。

引力弯曲

刚刚我们已经说到,在宇宙中存在“光不沿直线传播”的情况。也就是,因为星系或者某个天体的引力作用下,光线到达其周围后发生偏折。

爱因斯坦利用数学原理,指出物体周围的空间、时间都可以发生弯曲。而在物体的质量非常庞大的情况下(比如黑洞),其引力作用也就会越强,可能会让从它旁边经过的任何事物出现路径改变的现象,这其中还包括“光”。这种被扯偏移的现象被叫作“时空曲率”。

在广义相对论中,爱因斯坦将物质的存在称为“引力场”,这个引力场正是造成时空弯曲的最主要原因。而在宇宙当中引力无处不在,因此宇宙中的光线从来都不是走直线的。

但是引力从何处来,它真的存在吗?这是爱因斯坦新提出的问题。

不管是一只羽毛还是一个铁球,在真空的环境下只要给予同样的初始速度,引力作用下的轨道就会完全重合。

因此,爱因斯坦认为引力并不存在,而是另一个“力”施加的作用导致了物体运动轨迹的变化,而这个力的大小和物质的质量成正比,也就提出了著名的“时空弯曲效应”。但是该怎么证明时空弯曲的存在呢?

时空弯曲存在的合理性

我们常常在一些科幻电影中,看到类似于时空穿梭的情节,但要是将它运用在现实生活中,就难免觉得荒唐。但实际上时空弯曲也是具有科学性的。

除了上面的理论认证,在现实生活中我们也可以找到引力场,导致时空发生弯曲的例子,比如日全食。

在19世纪初,以艾丁顿和戴森为首的观测队观察了一次日全食活动,发现当遥远的恒星上的光线从太阳的旁边经过的时候,会因为太阳的强引力场作用而发生弯曲,这样的现象也就导致了这颗恒星最终成像位置的变化。

因此,也就证明了爱因斯坦相对论猜想的正确性,同时也证明时空弯曲是可真实存在的。

关于宇宙和时空的问题,本就非常的复杂。如果时空弯曲和时间流逝变化真的和物质的质量与立场有关系,那么做个大胆的猜测:如果有一天人类的科技水平已经发展到了某种程度,是不是可以实现穿越时空?

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