请问物力高手,如果用广义相对论中的时空扭曲代替万有引力,那么如何解释苹果掉下来(即重力)现象?

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请问物力高手,如果用广义相对论中的时空扭曲代替万有引力,那么如何解释苹果掉下来(即重力)现象?
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1个回答 分类:物理 2014-10-30

问题解答:

我来补答
这个好说,先回顾一下牛顿第一定律:“物体所受合外力为零或者不受力的时候静止或者匀速直线运动.”广义相对论非常巧妙的推广了牛顿第一定律的这个思想.
就以苹果下落为例,在广义相对论中,“引力”的概念被“时空弯曲”的概念所取代(这里地球附近的时空区域可以简化成Schwarzchild Spacetime),所以“引力”在广义相对论里面也就不是“力”的概念,那么苹果下落自然是只受到引力的作用,那么按照广义相对论,只有弯曲的时候的概念,而没有引力的概念,所以这个苹果是没受任何“力”的作用,既然不受力,那么它应该在弯曲的时空中做“匀速直线运动”.而用广义相对论的话来说,“弯曲时空中的匀速直线运动”正是我们平时说的自由落体运动.
总而言之,用广义相对论的话来说“苹果下落”这件事,就是由于“苹果不受力,而在弯曲的时空中做匀速直线运动”所致的.
至于为什么“苹果下落”这件事用广义相对论的眼光来看,它做的是“匀速直线运动”,这是由于广义相对论是在四维广义黎曼空间里面讨论物理问题,时间空间都是统一的,而苹果在时空中的四维速度是个常矢量,其在四维时空中的轨迹是测地线(即弯曲时空中的直线),所以说它是“匀速直线运动”.至于更深刻的理解需要一种比较繁琐的数学知识,LZ需要学习近代微分几何才能明白,就不赘言了.
参考资料:
梁灿彬 周彬 《微分几何入门与广义相对论》(第二版)
P.A.M Dirac 《General Theory Of Relativity》
这本书有个中译本的:
 
 
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