首頁>科學>

首先所謂公轉其實就是地球圍繞太陽做橢圓周運動,按照牛頓的解釋是太陽給予地球“萬有引力”,所以地球能夠一直圍繞太陽運動。但是萬有引力公式面對速度接近0.1倍光速的天體運動,其計算出來的結果與實際觀察的資料誤差非常大,因為當物體速度接近0.1倍光速時,時間和空間的相對性會體現出來,而牛頓恰恰忽略了這點,所以用引力來解釋天體執行面對高速運動物體就顯得不適用了,取而代之的是愛因斯坦的廣義相對論。

在愛因斯坦眼中,天體之間的相互作用不再用“引力”來解釋,取而代之的是時空彎曲,所以當地球圍繞太陽運動,其實地球根本不需要受到任何“力”就可以做到,因為太陽品質很大,使得周圍的時空發生了彎曲,地球只不過是在彎曲的時空裡面沿著“測地線”運動而已。

請注意這裡出現了“測地線”概念,什麼是“測地線”呢?其實測地線也叫“短程線”,在一個平直的時空裡面兩點之間什麼路線最短?答案是直線最短。

但是一旦時空是彎曲的,那麼兩點之間就不是直線最短了,而是“短程線”或者加“測地線”最短。

所以在愛因斯坦眼中地球圍繞太陽運動壓根就不需要力的維持,地球只不過是在太陽所造成的彎曲時空中沿著“測地線”運動而已。由於時空的彎曲的,並且時空是由三維的空間加一維的時間構成,所以“時空”這個事物實際是四維的。如果是一個四維生物,那麼他看地球的運動其實在四維時空中仍然是一條“直線”,但是我們是三維生物,所以我們只能看到四維時空中的“直線”投影到三維空間中就是一條“曲線”。總結一句話,其實地球仍然在四維時空中走的“勻速直線運動”,只不過是太陽讓周圍的時空發生了彎曲造成地球看起來“走曲線”而已。

所以大家明白為什麼地球圍繞太陽公轉可以幾千年運轉不息了吧,因為地球的這個行為在四維時空中仍然走的是“勻速直線運動”,既然地球是做不受力的“勻速直線運動”,那麼當然不需要任何動力就可以一直保持這個運動,相反你要想改變這種運動才需要動力給予支援。

那麼剩下一個問題,廣義相對論所提出的“四維時空彎曲”到底應該如何理解?其實空間有三維x,y,z,但是這三個維度屬性完全一致,所以我們可以把這三個維度分開來看,把“四維時空”降低成“二維時空”來理解。具體的策略就是把“四維時空”(x,y,z,t)拆解成三個“二維時空”(x,t)、(y,t)、(z,t),那麼接下來只需畫出這三個“二維時空”的時空圖即可。

假設此在地面上往前水平扔一個蘋果,那麼時空圖應該如何畫呢?其實就是把橫座標當時間,縱座標當成空間即可,就可以畫出扔蘋果後三個“二維時空”的函式圖了。

由於蘋果是往x正方向扔的,所以x方向是做勻速直線運動,所以二維時空(x,t)函式圖是一條直線,表示單位時間內增加的x是相同的。由於蘋果並未往y方向移動,所以y方向的值永遠是0,所以二維時空(y,t)的函式圖也是直線且和時間軸重合。由於蘋果在z方向會做加速運動,加速度是g,所以二維時空(z,t)函式圖就是一條曲線,它表示單位時間內z增加量會越來越大。

從三幅圖可以看出前面兩副圖都是直線,說明時空並未向x,y方向彎曲,但是第三幅卻是曲線,說明時空的確向z方向彎曲了,而z方向指向哪裡,不就是我們地球的地心嘛。

  • mRNA疫苗可誘導對SARS-CoV-2及其多種擔憂的變體的持久免疫記憶
  • 3分鐘了解138億年宇宙簡史:從大爆炸到地球