从剑桥留学生到物理学之神 第324章

作者:虚空圣堂

  这时,K在水平方向打开了手电筒,光瞬间产生,沿着水平方向朝K正对面的墙壁运动。

  那么,想象一下,此刻站在地球上的人会看到什么现象呢?

  很简单。

  飞船是在做加速度为g的匀加速运动,而光速又是恒定不变的。

  所以水平方向和竖直方向上,光走过的距离是不一样的。

  因此,地球上的人会看到光朝飞船加速度的反方向运动。

  看起来就像光往下“垂”了。

  即光线变成弯曲的了,而不是直线水平了。

  看起来就像是一条抛物线。

  大家可以在脑海里想象这個场景。

  假设在一个直角坐标系上,一个小球在原点被抛出。

  如果单位时间内,Y轴经过的距离比X轴大。

  那么连起来是不是就是一条抛物线了。

  这就是光在加速运动飞船里的情形。

  这就不得了。

  要知道,惯性力场和引力场是等效的。

  此时的宇宙飞船其实就相当于地球。

  那么同样,在飞船内光是弯曲的,说明光在地球上同样是弯曲的。

  都是由于加速度g的作用,导致光不再走直线,而是变成弯曲传播。

  这一步很关键,再好好想想,争取想明白。

  为什么我们平时在地球上看不到光走弯线呢。

  因为地球的质量太小了,对光的弯曲程度很小。

  现在,我们得到了第一个匪夷所思却又理所应当的结论:引力会让光线弯曲。

  要是一般人推理到这,估计已经喜出望外了。

  哇塞,太牛逼了。

  光竟然会弯曲。

  这是多么重大的成果啊。

  但是真实历史上的爱因斯坦,他没有满足这个结论,又接着继续深入思考下去。

  引力会弯曲光线到底意味着什么呢?

  这时,他忽然想到了比萨斜塔实验。

  当然跟那个真实的实验不太一样,他更进了一步。

  爱因斯坦就在想,两个完全不同的物体,比如篮球和鸡。

  如果把它们放在真空中,那么二者在引力的作用下,下落的速度、轨迹等是完全一样的。

  这跟篮球和鸡本身具有什么理化性质毫无关系。

  如果大胆假设,篮球和鸡达到了光速,那么它们就会和光一样,走光的路径。

  光会弯曲,它们也会弯曲。

  爱因斯坦灵光一闪,他觉得这个现象,就感觉引力好像不存在一样。

  不管是光,还是篮球和鸡,它们都像是在一个已经确定中的路径运动一样。

  什么意思呢?

  就比如现在有一段光滑的轨道,形状崎岖不平。

  那么不管你放什么东西进来,它们走的路线都是一样的。

  只能是轨道本身的形状。

  因为路线已经被定死了,就是这个形状。

  不管什么物质、什么速度,都影响不了轨道。

  到此,爱因斯坦发现了惊天之秘:引力不存在,让物体轨迹发生变化的是时空本身。

  于是他大胆猜测:万有引力的本质是时空的弯曲!

  轰!

  推理到这里,李奇维只觉得脑海中有惊雷在炸响。

  胸腔中仿佛有一股热流直冲天灵盖!

  热流轰然爆发,组成了一道霸天绝地的身影。

  那道身影立足地球,背朝众生,直面浩瀚的宇宙。

  他轻轻吐出一个音符:“力!”

  声音迎着空间,炸裂般传递出去,直达宇宙的边荒。

  落在宇宙万灵的耳中,犹如洪钟大吕,气吞山河,霸道无比。

  李奇维深吸一口气,缓缓收回异象。

  他从牛顿定律一步一步推导,终于发现了引力和时空弯曲的关系。

  还有比这更让人激动和疯狂的事情吗?

  前世的他没有做过这样的事情,因为没有那种特殊的环境。

  而现在,即便他两耳不闻窗外事,但是外界对于他的期待,他通过迪莉娅已经知道了。

  他现在就是物理学的中心,整个时代大势落在了他的肩膀上。

  这一刻,他的大脑好像都发生了进化,逐渐向真正的天才靠近。

  李奇维呼吸加速、心跳加快,笔尖都在颤抖。

  宇宙的奥秘此刻就好像具现化了。

  被他握在手里,弯曲缠绕如奇谲瑰丽的光线。

  李奇维再度深吸一口气,慢慢地平复下来,事情还未结束。

  接下来,他就要想办法证明时空弯曲这个惊世骇俗的观点。

  老规矩,依然是思想实验,能不动手就不动手。

  这就是大名鼎鼎的圆盘实验。

  现在,请闭上眼。

  想象漆黑一片,广袤孤寂的太空中有一个巨大的圆盘。

  此时有两个人站在圆盘上,分别是X和Y。

  X站在圆盘的中心,Y站在圆盘的边缘。

  现在,巨大圆盘开始顺时针转动,其产生的向心加速度正好等于地球的重力加速度。

  (注:圆盘旋转的速度虽然不变,但它依然是变速运动,因为运动方向时刻都在变化。)

  (而圆周运动的加速度方向总是指向圆心的。)

  那么和宇宙飞船一样。

  此刻站在圆盘边缘的Y,由于是跟着圆盘一起运动。

  所以他会受到一个惯性离心力,其大小就等于他在地球表面受到的引力。

  因此Y就会觉得自己好像依然是站在地球上,非常巴适。

  但是X就难受了。

  因为他处在圆盘的中心。

  圆盘没有给他施加任何的惯性力,同时也没有引力。

  所以X就会变成失重状态,相当于他站在了地球的中心。

  这个圆盘就是一个和地球引力场等价的装置。

  根据狭义相对论,此时Y是相对于X做加速运动的。

  (不要反过来问,为什么不是X相对于Y做加速运动的,前面章节有解释。)

  所以Y的时间就比X的时间要慢。(钟慢效应)

  由于圆盘的加速度等效于引力。

  所以我们可以认为是引力导致Y的时间变慢了。

  如果此时让中心的X开始逐渐靠近Y,那么他的时间也会因为有了加速度而逐渐变慢。

  随着X移动的距离越大,他受到的惯性力加速度就越大,时间就越慢。

  等效于X受到的引力越大,则时间越慢。

  李奇维咔咔咔一顿计算。

  时间变慢的过程是一条曲线。

  因此,他就可以得出结论:引力可以导致时间弯曲。

  好了,接下来再看空间。

  首先,让X再回到圆盘的中心。

  接着,让X和Y分别同时测量圆盘的周长。

  此刻,X测量出来的圆盘尺寸,和在地球上的观察者测量出来的尺寸是一样的。

  因为X和地球观察者都是相对于圆盘是静止的。

  但是Y测量出来的尺寸,则因为狭义相对论的尺缩效应,从而和X不一样。

  Y测量出来的周长更大。

  因为Y在X和地球观察者看来,他发生了尺缩效应,因此他手中的尺子也变短了。

  所以同样的圆盘,他的尺子需要多测几次才能测量完周长。

  (注意,在X看来,圆盘的周长同时也发生了收缩。)

  (但是X手中的尺子并没有收缩,所以他测出来的周长还是小于Y测出来的。)

  接着,Y用他测量出来的周长去计算圆盘的圆周率,就会发现结果大于π。

  李奇维通过复杂的数学计算,精确地得出了这个结果。

  顺理成章地,他就可以从这个圆盘实验中,得到一个推论:

  即圆盘所在的空间发生了弯曲,圆周率不再是π。

  因为在一个二维的平面上,一个圆形的圆周率是固定的π。

  而现在圆周率变了,就足以说明这个圆就不在一个平直的空间中了。

  因此,太空中的巨大圆盘也不是在平直的空间中。

  引力弯曲了空间。

  至此,李奇维仅仅通过巧妙且精致的思维实验,就证明了引力会让时空发生弯曲。

  或者说,有引力的地方,时空就不是平直的。

  到这里,他完美证明了,引力只是一种假象,它并不存在。

  引力只是时空弯曲产生的一个结果形式而已,是一种几何效应。

  本质上,是因为弯曲的时空,让物体之间有了可以运动的轨道,从而产生了力的假象。

  哗!