重要仪器介绍--万有引力和空间弯曲

作者:张宇来源:时间:2018-10-26

   爱因斯坦相对论是对牛顿经典时空观的重要修正,虽然在一般宏观、低速的范围内牛顿力学对现实世界的解释取得了巨大成功,但其理论存在着局限性,无法适应接近光速的高速的情况和质量超大的大引力场情况。
    按照爱因斯坦相对论理论的预言,在大质量天体的巨大引力场附近会出现时空弯曲,光线的传播按照最短捷径的原则,也会随着空间一起弯曲。以往所谓“光线以直线传播”的理论,只是在空间没有发生明显弯曲情况下的一种近似。
    本实验用一个中心有凹洞的旋转模型来演示我们所要表示的大质量天体周围的空间。在此空间中滚球在远离凹洞的地方滚过时,所走的路径是直线,表示在通常情况下空间是“均匀”的。但若有一个质量较大的天体出现(用一个大的凹洞来模拟),则在大天体附近的空间时空就会发生弯曲,滚球从此凹洞附近经过时,所走的路径已不再是直线。若该天体质量足够大,就变成黑洞,光线(用滚球来模拟)经过时被巨大的引力吸引会进入黑洞无法逃逸。在进入黑洞前随着旋转半径的减小,由于角动量守恒,滚球的转速不断加快,最后滚球被吸入中心洞中。