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广义相对论 — 引力与几何

中科院物理所  · 公众号  · 物理  · 2022-12-04 11:55
很多人大概都听说过广义相对论是爱因斯坦描述引力的几何理论,也都听说过引力会导致时空弯曲这样的结论。但很多人并不清楚爱因斯坦是如何想到把引力这样一个纯粹的物理问题和几何这样一个纯粹的数学问题联系起来的。为了说清楚这点,我们还得从广义相对论的基本公理,即“等效原理”出发(注:广义相对论还有一条公理是所谓“广义协变原理”,它只是狭义相对性原理的自然推广,要求物理规律必须以张量方程的数学形式表述以保证其在任意坐标变换下协变,但这条公理将不作为本篇文章讨论的重点)。等效原理告诉我们:引力和加速系等价。这件事情第一眼看上去很显然,但是这个原理真正的微妙之处在于:这里说的等价只是局部等价而不是全局等价!比如一个站在地球表面的人和一个处于理想的没有任何物质的外太空中做匀加速



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