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作为时空形状的引力(第1页)

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作为时空形状的引力

牛顿把引力定义为每个物体对其周围环境所施加的力——这种力就像无形的“橡皮筋”一样把物体拉到一起。爱因斯坦对引力的解释则更为深刻。他认为引力就是空间本身的形状。任意质量的物体都会让其周围的空间扭曲变形,从而改变该空间中其他物体的运动方式。假如空间中没有该物体且平坦,那么其他物体的运动方式将截然不同。

更确切地说,爱因斯坦的狭义相对论指出空间和时间必须统一成四维时空,而质量会扭曲其周围的时空。这种说法十分抽象,方便起见,我们不妨把四维时空看成经过压缩的二维薄片,这样更容易想象出它的拉伸和弯曲。

想象一下,如果在空的蹦床上滚动一个小球,那么小球会沿直线运动。但如果有人站在蹦床的中央,那么该处会发生下陷,这时再次滚动小球,你会发现它的运动路径发生了偏移,由原来的直线变成了环绕凹陷处的曲线。如果俯瞰蹦床来观察小球的运动,那么站于其上的那个人好像对小球施加着神秘的吸引力,从而把小球吸了过去。

牛顿对引力的描述就相当于俯瞰小球在蹦床上做曲线运动,而爱因斯坦则是从蹦床(相当于时空)本身的形状出发解释了质量可以使时空弯曲,进而改变物体的运动方式。

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