作业帮关于相对论解释引力的疑问
来源：学生作业帮 编辑：作业帮 分类：物理作业 时间：2024/05/03 05:33:20
关于相对论解释引力的疑问
既然光是有动质量的,那为什么把黑洞吸引光说成是对时空的扭曲.那和万有引力有什么区别?
而且如果理解成时空被扭曲,那静止之后物体不是应该失重么?
有没有什么没有质量的物体,却被黑洞给吸引了?
既然光是有动质量的,那为什么把黑洞吸引光说成是对时空的扭曲.那和万有引力有什么区别?
而且如果理解成时空被扭曲,那静止之后物体不是应该失重么?
有没有什么没有质量的物体,却被黑洞给吸引了?
1. 首先回答你的“失重”的问题.
平直时空下的失重,是静止或匀速直线运动；
弯曲时空下的失重,就是以“重力加速度”加速运动；（我这种说法并不严谨,但可以这么理解）
这是时空几何性质决定的,统称“测地线运动”
2. 有没有什么没有质量的物体,却被黑洞给吸引了?
自然界就不存在没有质量还能保持静止的物体,有了运动就有能量（质量）.
用把能动量用静止质量和速度表示带入质能方程,结果是必须以光速运动.
量子力学的不确定性关系也保证物体不能静止,总是有能动量扰动.
一旦有运动,就得沿着测地线运动（被黑洞吸引）
“弯曲时空”和“力”两种观点都可以用,其实某种程度上这两种观点是一回事,不过引力更适合用弯曲时空理解.
当年爱因斯坦是从几何的角度来描述引力的,结论非常成功.所以现在做引力的都强调引力是时空弯曲,有的甚至明言“引力不是力”（其实这只是他们个人观点或者夸张的话,不是定论,你一定要有自己的思考!我说的也不一定对!）.
也有很多人不放弃引力是“力”的观点,尤其是做场论和量子引力方向的.现在的广义相对论的教材也分为两类：主流还是按照爱因斯坦的几何方法（弯曲时空的观点）；另一种是从场论的方法（力的观点）来描述.
广义相对论里在处理弯曲时空时,是把普通微分改成协变微分.而量子场论在处理相互作用时,也是这么做.虽然两种协变微分形式差异很大,但可见弯曲时空和相互作用（力）在概念上就有相通之处.
另外在解释一些电磁现象时,如AB效应,就是说磁矢势的改变引起了空间拓扑结构的改变,这里的电磁作用就是用的弯曲”空间“解释了.
至于为什么引力更偏向于用弯曲时空来解释而不是力,我能想到的原因有2点：
(1) 对于其它的力,测试粒子必须要有力荷,比如电磁力必须有电荷,并且作用加速度与测试粒子的荷成正比.但是引力很特殊,无论什么测试粒子粒子,加速度总是一样的,所以引力的作用更像是“背景就是加速的“一样,是一种被弯曲的”背景“的理论.这里的背景就是时空.
上面说AB效应里空间也弯曲了,但是只有带电粒子才能感受到这种弯曲,光子就不行.而引力引起的弯曲对任何物体都一样.所以电磁作用一般还是看成力,而引力更倾向于看成时空弯曲.
（2）引力是高度非线性的理论,如果看成力,理解起来麻烦很大.
如果有2个引力源,那么周围的引力场不能看成2个各自的引力场再叠加起来了（只有牛顿引力时可以近似成立）.力的线性叠加原理已经不适用了（线性叠加原理是平直时空的规律）,所以更适合用弯曲时空来解释引力.
不过其实其他的基本相互作用（尤其是强相互作用）也都多多少少面临着非线性的问题,所以并没有定论引力不是力.
不过其他力的线性理论足以自洽,引力若用线性微扰的量子场论来描述会面临一些发散的问题,所以现在又发展了许多量子引力理论.
上面只是说引力更适合用弯曲时空来理解,但谁也不能说：引力是力的观点就绝对是错的.
平直时空下的失重,是静止或匀速直线运动；
弯曲时空下的失重,就是以“重力加速度”加速运动；（我这种说法并不严谨,但可以这么理解）
这是时空几何性质决定的,统称“测地线运动”
2. 有没有什么没有质量的物体,却被黑洞给吸引了?
自然界就不存在没有质量还能保持静止的物体,有了运动就有能量（质量）.
用把能动量用静止质量和速度表示带入质能方程,结果是必须以光速运动.
量子力学的不确定性关系也保证物体不能静止,总是有能动量扰动.
一旦有运动,就得沿着测地线运动（被黑洞吸引）
“弯曲时空”和“力”两种观点都可以用,其实某种程度上这两种观点是一回事,不过引力更适合用弯曲时空理解.
当年爱因斯坦是从几何的角度来描述引力的,结论非常成功.所以现在做引力的都强调引力是时空弯曲,有的甚至明言“引力不是力”（其实这只是他们个人观点或者夸张的话,不是定论,你一定要有自己的思考!我说的也不一定对!）.
也有很多人不放弃引力是“力”的观点,尤其是做场论和量子引力方向的.现在的广义相对论的教材也分为两类：主流还是按照爱因斯坦的几何方法（弯曲时空的观点）；另一种是从场论的方法（力的观点）来描述.
广义相对论里在处理弯曲时空时,是把普通微分改成协变微分.而量子场论在处理相互作用时,也是这么做.虽然两种协变微分形式差异很大,但可见弯曲时空和相互作用（力）在概念上就有相通之处.
另外在解释一些电磁现象时,如AB效应,就是说磁矢势的改变引起了空间拓扑结构的改变,这里的电磁作用就是用的弯曲”空间“解释了.
至于为什么引力更偏向于用弯曲时空来解释而不是力,我能想到的原因有2点：
(1) 对于其它的力,测试粒子必须要有力荷,比如电磁力必须有电荷,并且作用加速度与测试粒子的荷成正比.但是引力很特殊,无论什么测试粒子粒子,加速度总是一样的,所以引力的作用更像是“背景就是加速的“一样,是一种被弯曲的”背景“的理论.这里的背景就是时空.
上面说AB效应里空间也弯曲了,但是只有带电粒子才能感受到这种弯曲,光子就不行.而引力引起的弯曲对任何物体都一样.所以电磁作用一般还是看成力,而引力更倾向于看成时空弯曲.
（2）引力是高度非线性的理论,如果看成力,理解起来麻烦很大.
如果有2个引力源,那么周围的引力场不能看成2个各自的引力场再叠加起来了（只有牛顿引力时可以近似成立）.力的线性叠加原理已经不适用了（线性叠加原理是平直时空的规律）,所以更适合用弯曲时空来解释引力.
不过其实其他的基本相互作用（尤其是强相互作用）也都多多少少面临着非线性的问题,所以并没有定论引力不是力.
不过其他力的线性理论足以自洽,引力若用线性微扰的量子场论来描述会面临一些发散的问题,所以现在又发展了许多量子引力理论.
上面只是说引力更适合用弯曲时空来理解,但谁也不能说：引力是力的观点就绝对是错的.