大眾廣義相對論 (補充修改版）

 

大眾廣義相對論       (補充修改版）

 

很多人以為，要弄懂廣義相對論，必須懂得很多高深數學和物理，例如微分幾何，

張量分析等赫人的科目。其實，隻要用心思考，一般人也可以領會其基本意義.下麵，我試圖用例子來簡述廣義相對論的基本意義。

  大家都知道，人坐在宇宙飛船，在遠離地球的宇宙空間航行，會產生失重現象。

現在設想有一架十分大型的宇宙飛船，裏麵有一間四十平方米的房間，其中有三米

高的天花板，地板，桌子，椅子，大床，總之，一切設置如地球上的房間。宇航員）

就住在這樣的房間裏。當時這個宇宙飛船正沿著從地板指向天花板的方向，以9.8米

/秒*秒的恒定加速度前進。盡管當時宇宙飛船遠離地球，遠離任何引力場，宇航員

的感覺和生活與地球家裏的感覺和生活完全一模一樣，沒有一點失重的感覺存在。

為什麽？因為人們生活在地球上，根據牛頓萬有引力定律，總是受到(質量X9.8米/秒

*秒)重力的吸引，而這艘宇宙飛船雖然遠離引力場，但有9.8米/秒*秒的加速度作用於

地板(沿著從地板指向天花板的方向)，這就相當於人站在地球上。這就是愛恩斯坦

廣義相對論的“等效原理”(equivalence principle)!

   假設有一位工藝十分精湛的技師，來到一個質量等於地球十倍，半徑和地球差不

多的行星上。這位技師用該行星大量出產的大塊金剛石，運用最精密的光學儀器，和

最先進的切削和打磨工具，造成一塊他認為最平滑的 金剛石抬麵，然後把這台麵運

回地球。地球人會發現這塊在外行星看來是絕對平滑的台麵，來到地球後，成了彎

曲的！為什麽？因為這個行星表麵引力場比地球表麵的引力場強大得多。而人們看

東西是沿著光線去看的。光線受引力場作用變成彎曲.雖然光線是曲的，但人感覺是直的。當回到地球後，金剛石

台麵的外形和物理性質並無改變，而光線在地球表麵沒有在外行星那麽彎曲，所以在地球上,

這台麵看起來是彎曲的。 這就是愛恩斯坦廣義相對論的“引力場使時空彎曲”的原

理，及光線在強引力場下彎曲的原理。
   設想某種外力或內力把太陽這個龐然大物，

壓縮成直徑隻有幾公裏的球體。這個

球體表麵的引力場極其強大，強大到它內部及表麵附近的任何光線和射線都不能夠

逃離。為甚麽？由於萬有引力的存在，任何物體要脫離星球必須達到一定的逃逸速

度。例如地球上的任何物體要離開地球進入宇宙空間，就必須達到11.2公裏/秒的速度。因

為黑洞的引力場極之強大，經計算，其逃逸速度超過光速(三十萬公裏/秒)，因此，

任何光線和射線都不能夠逃離。這就是愛恩斯坦廣義相對論預言的“黑洞”，現在

已經被天文學的發現完全證實！