第一百六十二章 广义相对论（1 / 2）

 将空间看作一个不会改变的参量，并不能说其错，但是当遇到某些观察偏差以后，就需要引入更多参数来解释这个偏差。

在中世纪的时候地心说是人们所奉行的宇宙学说，那么当观测到火星的逆行时，就不得不引入“本轮-均轮”概念来解释这一现象，既，火星绕着一个没有实物的点运行，这个虚拟的点才是绕着地球运行的东西。

而当日心说能以更少的参数，更精简的数学模型描述这个现象时，地心说就被代替了。

万有引力也是一样。

作为物理学上的巨擘，牛顿爵士能以极其优雅的公式来描述世间万物的运行规律，以至于直到今天，万有引力公式依旧是学生作为物理学探究万物的启蒙，影响了一代又一代人。

只不过随着物理学的进步和发展，随着观测精度的越来越高，人们发现万有引力的计算与实际的观察结果出现了偏差，水星在运行至近日点时，其位置为何总是与推算不同？

有些科学家尝试找出一个隐藏在宇宙中，扭曲光线传播的物质，或者找到一颗行星，扰乱水星的运行轨迹，然而均未成功。

直到阿尔伯特·爱因斯坦发表了广义相对论，才以非常简洁的方式解释了这个现象，不仅仅是水星岁差问题，还有其他大质量天体运行中出现的观察偏差，并以另一种全新的模型诠释了万有引力。

虽然物理学中还有很多问题未能解决，但是至少在找到更简洁高效的方式来解释这些问题之前，相对论就是科学家解释物体运动规律最有效的工具。

“不过想要通过广义相对论进行计算，就必须引入一个数学计算工具：黎曼几何”，李力从身后的行李箱侧面里掏出笔和纸，铺开在桌子上，边说边写：“当空间方向为不可扭曲的直线时，我们可以使用欧式几何来表示，维度坐标系中所有的坐标向远处无限延伸，没有交叉。”

“但是在广义相对论中，空间本身，或者所物体所属坐标参考系本身是可以扭曲的，x轴和y轴除了相交于原点以外，也有可能在远处相交，比如说，将地球表面看作一个完整的坐标参考系，那么就会有一个现象，那就是东西方向的维度线与南北方向的经度线有不止一个交叉点。

“这也是黎曼几何的学说基础：将一个几何实体当成一个参考系，而不仅仅是一个欧式空间中的一个实体。”

樾樾听到这里，若有所思地说：“所以，广义相对论就是建立在我们的世界处于三维曲面参考系的基础上咯？”

“基本对，但是错了一点”，李力抬起头来对着她笑了笑，“不是三维曲面参考系，而是四维。

“但本质上，广义相对论只是一个理论模型，当我们需要解决具体问题的时候，就需要具体的公式。”

李力面前的稿纸上绘制着一个简单参考系网格，但是不同的是网格的中央却改用曲线连接，形成一个立体的凹陷。接着，他将依然常温的小冰球放在了凹陷的中央，并将另一个较小的小球放在远处，然后画了一条绕过太阳的曲线，从太阳背后射向太阳边缘，并在接近太阳的时候向内弯折，形成一个中间弯曲的线段，并连接向小球。

“假设这个星球是太阳，来自金星的光从太阳背后的射向太阳边缘，但是由于太阳引力场的原因，光线在距离太阳边缘的时候发生了弯折，最后被我们观测到。”

“注意，如果我们并不知道引力井能够弯曲光线，那么当我们观测到金星时，我们认为的金星位置，是在这里——”

他沿着地球到太阳边沿的线段做出射线，然后在距离金星不远处的地方画了一个小圈。

“这就是观测结果偏差，但他本质上还是由我们未知的现象导致的，此时我们就可以算一下光在引力场中的运动张量。

“我们在小学二年级的时候就学过引力场方程，首先我们将太阳的密度转换为各个方向上的分量，代表物质和动量的张量，然后带入公式，由于其他常数我们都已经知道，顺便曲率张量可以由度规张量算出，那么最终我们可以算出在太阳的影响下整个时空被扭曲的度规张量。。。”