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为什么重力会把我们拉下来而不是向上?

为什么重力会把我们拉下来而不是向上?

爱因斯坦的广义相对论将引力解释为质量引起的时空弯曲的结果,这与双磁吸引和排斥的能力相矛盾。 该理论引入了重力井的概念,这是理解重力的基础。 图片来源:SciTechDaily.com

为什么重力会把我们拉下来而不是向上?

引力是具有质量或能量的物体相互吸引的原因。 这就是苹果落到地球上、行星绕恒星旋转的原因。

磁铁会吸引某些类型的金属,但它们也可以推开其他类型的金属。 那么你如何感受到重力呢?

1915 年,阿尔伯特·爱因斯坦在发表广义相对论时发现了答案。 重力将你拉向地球的原因是因为所有有质量的物体,比如我们的地球,实际上都会弯曲宇宙的结构,称为时空。 这种弯曲就是重力的感觉。

什么是时空?

在进入复杂的引力世界之前,你需要了解时空。

时空顾名思义:空间的三个维度——长度、宽度和高度——与第四个维度——时间相结合。 爱因斯坦运用一些出色的数学知识,成为第一个认识到物理定律在宇宙中运作的人 空间和时间融合在一起

这意味着空间和时间是相关的——如果你在空间中移动得很快,那么与移动缓慢的人相比,你的时间就会变慢。 这就是为什么宇航员——在太空中移动得非常快—— 他们比地球人衰老得慢一点

时空曲线单侧

地球使时空弯曲,使其落向地球而不是远离地球。 图片来源:托卡马克/维基共享资源,CC BY-SA

物质是重力井的组成部分,而不是重力山的组成部分

请记住,引力是宇宙中的物体相互吸引的想法,因为时空是弯曲的和弯曲的。 当爱因斯坦提出广义相对论时,他证明宇宙中的所有物体都可以弯曲时空——用物理学术语来说,物体就是质量和能量。

由于你的大脑通常以三个维度来思考世界,因此很难将时空的四个维度视为一个单一的想法。 因此,为了更容易想象,想象一下蹦床的表面。 如果上面什么都没有,那就是平的。 但如果你站在蹦床上,它会围绕你的脚延伸,当你位于中心时,它会形成一个山谷。 如果蹦床上有一个球,它会滚向你的脚。

孩子们在蹦床上

如果您站在蹦床上,重力的作用类似于物体向您的脚滚动。

这是时空如何运作的二维示例。 你的质量拉伸蹦床,形成所谓的重力井,球在其中滚动。 这与重物体(例如地球)的引力如何将像你我这样的物体拉向它非常相似。

更奇怪的是,由于空间和时间是相连的, 时间也会因重物而延长

在电影《星际穿越》中,角色们前往附近的星球 黑洞当他们在那里时,他们的衰老速度比其他人慢。

你越重,蹦床的侧面就越陡。 这就是为什么宇宙中真正巨大的物体——比如太阳或黑洞——具有比地球更强的引力。

那么为什么重力会把你拉下来而不是把你推开呢?

想象一下,有人走到蹦床下面并将其推上来。 球会滚走! 这将是一座重力山,而不是重力井。 据科学家所知,物质(或物体)总是产生重力井,而不是重力山。 科学家们可以想象由奇异物质或能量组成的物体,这些物体会导致引力推入太空,但到目前为止,没有人发现任何可能导致引力推离地球的东西。

作者:Mario Boronda,俄克拉荷马州立大学物理学副教授。

改编自最初发表于 对话对话

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