Voltaire (1738) 从前,有一个学生躺在花园里的一株苹果树下思索着Einstein和 Newton关于引力*的见解之间的差异。他为附近掉下的一个苹果所惊动。当他注视着个苹果时,他注意到一些蚂蚁开始沿着苹果表面爬行(1.1)。好奇心驱使他想研究蚂蚁所遵循的导航原理。他用放大镜仔细记下了一条足迹,又取出小刀,在苹果皮上这...
1.6曲率 引力似乎已经消失。各处的空时几何都是局域 Lorentz几何。而在Lorentz几何中,粒子是以匀速沿直线运动的。其中哪里能见到任何引力的偏转呢?回答是,且回到苹果上来(图1.1)。重新观察蚂蚁在苹果表面上的短程线足迹。注意原来从同一点分出的两条邻近短程线的重新会合。在真实的物理世界中,何者与此类似?什么概念...
约翰·惠勒是尼尔斯·玻尔在哥本哈根的学生兼合作者;他也是爱因斯坦移居到美国之后的合作者;身为教师,他的学生中有像理查德·费曼这样的知名物理学家;是他发明了“黑洞”这一术语,并使其流行起来,等等。所以可以说,惠勒始终身处20世纪物理学的核心,是当仁不让的20世纪物理学的核心人物。 物理学家约翰·惠勒 惠勒是...
引力的本质——时空弯曲 美国物理学家惠勒曾以一句话描述这个伟大的引力理论:时空告诉物质如何运动;物质告诉时空如何弯曲。这句话指出,在广义相对论里,所谓的引力就是时空的弯曲形变产生的效果,弯曲的时空改变了物质的运动状态,正如引力改变物质运动状态一般;而另一方面,时空的弯曲是由物质(能量动量)的分布造成的...
1970年,普林斯顿大学的惠勒教授向年轻的贝肯斯坦提出了一个问题。如果我们把一杯热咖啡和一杯冷咖啡混合,这将增加世界的熵,但如果我们把混合物倒入黑洞中,从而抹去了熵增加的痕迹,这样可以减少外界的熵。此时,整个系统的熵是如何变化的?贝肯斯坦经过研究发现,黑洞必须具有熵,如果考虑黑洞的熵,则整个系统的熵还是增加...
正则量子引力通过将广义相对论的哈密顿函数整个进行量子化,再求解量子化的引力场方程——惠勒-德威特方程,其中不需要背景时空假设,是一种背景无关的理论。圈量子引力中圈是惠勒-德威特方程的解,指沿着圈或通过圈的普遍电场的流的整体,这是杨-米尔斯规范理...
无毛定理,这是一个读起来很奇怪的词汇,看上去像是一个生物学的名词,其实不然,不毛定理来源于一百多年前的广义相对论,也就是爱因斯坦的杰作,后来通过另一位物理学家惠勒的总结,便诞生了无毛定理,废话多不说,下面直接切入主题,一起来聊一聊:爱因斯坦的无毛定理与引力波。
这跟惠勒那句“自由漂浮就是自由漂浮就是自由漂浮”是不矛盾的,因为曲率张量的不为零说明引力波的效应跟一切其他引力效应一样,虽然能被局域地消去,在全局意义上却是抹煞不了的,一个自由飘浮的质点虽“感觉”不到引力波,一根长杆、一个圆柱……乃至任何具有广延的物体却完全可以受到引力波的影响——事实上那正是...
如果用数学语言来表述惠勒对广义相对论的解释,就得到如下所示的引力场方程: 引力场方程是个张量函数的微分方程。张量是矢量概念的推广。一个标量(比如温度T)只用一个数值来描述,三维空间的矢量(比如速度vi)需要用3个数(v_{1},v_{2},v_{3})来表示,因此速度矢量需要用用带一个下标i的vi表示。那么,如何表示...
根据广义相对论,这些物体——最终由著名理论物理学家约翰·阿奇博尔德·惠勒命名为“黑洞”——应当表现出惊人的相似性。1963年,新西兰数学家罗伊·克尔计算出了一定质量的旋转黑洞会如何扭曲时空。其他研究者很快证明,在广义相对论中,质量和自旋是黑洞能够拥有的两个基本特征,这意味着克尔的数学公式,即“克尔度规”(...