pg下载麻将胡了安卓专属特惠.安卓应用版本.中国 物理学最深刻的理解之一,广义相对论本质上是牛顿第一定律的应用

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爱因斯坦的广义相对论,说白了,就是牛顿第一定律的应用。

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这话只怕是有点能让人感到惊讶,毕竟,牛顿所讲的乃是力,爱因斯坦所谈论的却是时空几何,看起来简直是风马牛而不相及,然而要是从物理学不断的演进着眼来看,这两者之间的关系紧密得仿若数学里的定义与定理,牛顿第一定律阐述的是惯性参考系的存在,而广义相对论的核心之处,则是重新去定义惯性,换句话来说,也就是怎样在弯曲的时空中寻觅出惯性参考系。

物理学的基础是惯性参考系,牛顿第一定律若翻译成通俗易懂的话,那便是要是不存在外力,物体的运动状态就不会发生改变,其中的关键词是“没有外力”,然而问题在于,什么才是外力呢?在地球上,当苹果掉落时,我们会称这是重力作用,可这表明地球对苹果施加了外力,而在广义相对论当中,苹果实际上是沿着时空的测地线进行自由运动,并未受到真正意义上的力 。倘若换个视角去瞧,这恰恰就是牛顿第一定律的别样表述,于一个恰当的参考系当中,苹果是不存在受力情况的,它仅仅是顺着自然的轨迹进行运动 。

“合适的参考系”是关键所在。在牛顿所处的世界中,惯性系是那种不受任何力作用的参考系统,于其中所有的物理定律都是一样的。伽利略有所察觉,在处于匀速直线运动状态的船舱内,你没办法借助物理实验判定自身是处于运动还是静止状态。牛顿有了更深入的进展,他清晰地提出了惯性参考系这一概念,还将其视作整个经典力学的基础。

但牛顿未能解决一个更为庞大的问题,即倘若宇宙里所有物体均处于运动状态,那么我们该运用何种方式去界定“绝对的静止” ?这乃是一个隐匿不见的难题 。在经典力学范畴内,我们默认始终存在一个惯性系 ,然而却不存在一个能使万物皆保持静止的绝对参照 。爱因斯坦的聪慧之处便在于此 。他并未去寻觅这个“绝对惯性系” ,而是对惯性进行了重新定义 。他的做法简单且直接 ,并非去寻找 ,而是让时空自身去适配惯性 。

这便引出了广义相对论的核心,爱因斯坦所要做的事,是于任何时空点处,都寻觅到一个局部惯性系,以使牛顿第一定律得以成立,数学层面而言,这表征在弯曲时空中,总能构建出一个局部的黎曼正规坐标系,致使在该点上,度规的导数归于消失,测地线看上去仿若直线,也就是说,在局部自由下落的参考系当中,一切物体的运动看上去皆好似是匀速直线运动,这恰是牛顿第一定律的直接运用。

这便是广义相对论令人称奇的地方,它并非否定牛顿,而是将牛顿的理论纳入到一个更为庞大的架构之中,在牛顿所认知的世界里,惯性运动于欧几里得空间里出现,然而爱因斯坦察觉到,只要局部维持惯性状态,即便整个时空呈弯曲状,物理定律依旧能够得以应用,这就是广义相对论的实质所在:重力并非一种力,而是时空几何的一种体现,换言之,广义相对论是牛顿第一定律的拓展延伸pg下载渠道,只是牛顿未曾察觉到时空能够弯曲这一事实 。

在数学中pg下载麻将胡了A.旗舰厅进体育.cc,这件事体现得更为清晰呢。牛顿第一定律蕴含着一个关键思想,那就是物体的运动能够借助微分方程予以述说。于经典力学范畴内,物体的运动由加速度方程所决定,并且加速度乃是速度的时间导数。然而爱因斯坦察觉到pg下载通道,在一个弯曲的时空之中,我们无法单纯地运用普通的微分,而是一定要采用协变导数,确切来讲就是由克里斯托费尔符号修正过后的微分操作。如此这般,自由落体的物体便不会再有“力”的存在,而仅仅是沿着测地线滑行罢了。

这究竟意味着什么呢,意味着牛顿第一定律当中的“惯性运动”事实上能够推广到弯曲时空中的自由落体,而牛顿的第二定律F=ma实际上仅仅是第一定律的一个特例,在经典力学里面,我们借助外力去描述惯性偏离,可是在广义相对论里,这种偏离是因为时空几何本身 。

来看牛顿的第三定律,再看。这个定律表明,作用力与反作用力,相等且方向相反。然而要是把此原则置于广义相对论里,问题就稍显微妙了。广义相对论中并无真正的“力”,仅有能量 - 动量张量的守恒,而这恰是牛顿第三定律于一个更高维度框架下的推广。简而言之,在一个弯曲时空里,作用力与反作用力的概念需让位,给能量 - 动量的流动,而此流动受时空几何的约束。

这同样是广义相对论所具备的终极意义,它向我们传达出,牛顿的三大定律并非已然消逝,而是以一种更深层次的形式留存着。惯性运动仍旧适用,然而其背景并非固定不变的欧几里得空间,而是一个处于动态变化、受能量 - 动量施加影响的时空流形。力的概念已然不见踪迹,被时空的曲率所取代。作用与反作用依旧成立,不过是要在更为广泛的框架范围之内去理解。

牛顿的思想,不但没有过时,反倒在广义相对论当中,寻觅到了最为优雅的归宿。爱因斯坦,并非推翻了牛顿,却是达成了牛顿尚未完成的事业。广义相对论,并非对牛顿理论的否定,而是一番最为辉煌的补充。于数学方面,它将惯性系的概念,拓展至了弯曲空间;在物理方面,它使牛顿的定律,不再依存于绝对空间,而是与时空自身的几何结构,交融在了一起。

然而这所有的一切,实际上是起始于那个牛顿第一定律所关联的简单问题,那便是:什么才算是惯性呢?

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