。同理,们也不知道这时刻发生在宇宙中更远地方事:们看到从很远星系来光是在几百万年之前发出,在们看到最远物体情况下,光是在80亿年前发出。这样当们看宇宙时,们是在看它过去。
图2.5
图2.6
如果人们忽略引力效应,正如1905年爱因斯坦和彭加勒所做那样,人们就得到称为狭义相对论理论。对于时空中每事件们都可以做个光锥(所有从该事件发出光可能轨迹集合),由于在每事件处在任方向光速度都样,所以所有光锥都是全等,并朝着同方向。这理论又告诉们,没有东西走得比光更快。这意味着,通过空间和时间任何物体轨迹必须由根落在它上面每事件光锥之内线来表示(图2.7)。
图2.7
狭义相对论非常成功地解释如下事实:对所有观察者而言,光速都是样(正如麦克尔逊——莫雷实验所展示那样),并成功地描述当物体以接近于光速运动时行为。然而,它和牛顿引力理论不相协调。牛顿理论说,物体之间吸引力依赖于它们之间距离。这意味着,如果们移动个物体,另物体所受力就会立即改变。或换言之,引力效应必须以无限速度来传递,而不像狭义相对论所要求那样,只能以等于或低于光速速度来传递。爱因斯坦在1908年至1914年之间进行多次不成功尝试,企图去找个和狭义相对论相协调引力理论。1915年,他终于提出今天们称之为广义相对论理论。
爱因斯坦提出g,m性思想,即引力不像其他种类力,而只不过是时空不是平坦这事实后果。正如早先他假定那样,时空是由于在它中间质量和能量分布而变弯曲或“翘曲”。像地球这样物体并非由于称为引力力使之沿着弯曲轨道运动,而是它沿着弯曲空间中最接近于直线称之为测地线轨迹运动。根测地线是两邻近点之间最短(或最长)路径。例如,地球表面是弯曲二维空间。地球上测地线称为大圆,是两点之间最近路(图2.8)。由于测地线是两个机场之间最短程,这正是领航员叫飞行员飞行航线。在广义相对论中,物体总是沿着四维时空直线走。尽管如此,在们三维空间看起来它是沿着弯曲途径(这正如同看架在非常多山地面上空飞行飞机。虽然它沿着三维空间直线飞,在二维地面上它影子却是沿着条弯曲路径)。
图2.8
太阳质量引起时空弯曲,使得在四维时空中地球虽然沿着直线轨迹,它却让
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