190
如果太陽突然爆炸 地球會發生什麼？| 1分鍾了解廣義相對論
如果某一天太陽突然爆炸，將會發生什麼？阿爾伯特·愛因斯坦自1905年發現狹義相對論及其著名公式E=mc^2的不久後，就一直對上述問題感到困惑。因為太陽距離地球非常遠，太陽光需要經過8分鍾才能到達地球，所以我們不會立刻知曉爆炸的發生。在這耀眼奪目的8分鍾裏，我們完全不會意識到那件恐怖的事情已然發生。
那麼引力呢？它的傳遞速度也同光一樣嗎？在太陽的引力作用下，地球以橢圓軌道圍繞著太陽運動。而如果太陽（或者說作用於地球的引力）消失了，地球就會沿直線脫離原軌道。那麼地球是在太陽消失後立即脫離，還是8分鍾後才脫離？這正是愛因斯坦感到困惑的問題。
20世紀初，已有近250年曆史的牛頓引力理論仍被認為是現代科學的基石。牛頓的引力理論可謂是極其成功，不但解釋了行星及衛星的運動，並且還準確地預言了彗星的回訪。
根據牛頓理論，地球應該會立即發覺太陽的消失。然而，愛因斯坦在狹義相對論中已經指出，光速是宇宙中速度的極限，任何事物的運動速度都不能超過光速（光在真空中的傳播速度c≈3.0×10^8m/s），引力也不能除外。而且，因為爆炸發出的光要經過8分鍾才到達地球，引力的變化也必須經過至少8分鍾才能被地球發覺。
引力是時空彎曲的體現。圖片來源：NASA
愛因斯坦對於該謎題的解答完全顛覆了我們對於宇宙的認知。直至1915年，人們都還認為空間是一個靜止的舞台，物理定律置身其上，我們可以添些恒星或者行星進去，然後它們就會在這個舞台上按照固有的運動方式翩翩起舞。但是愛因斯坦革命性的想法認為空間並非靜止不動，它是動態的，會對正在發生的事物有所響應。如果在空間中放置重的物體，比方說一顆類似地球的行星，那麼行星周圍的空間就會發生些許變化，而當另外一個物體（比如月亮）靠近這顆行星時，它會感受到空間的凹陷，從而像彈球在碗中滾動那樣圍繞行星運動。這就是引力的本質。
除此之外，諸如地球一樣重物的存在不僅僅影響空間，也會影響時間。愛因斯坦意識到空間和時間並不是分離存在的，而是我們謂之時空（space-time）的不同層麵而已。星係的軌道和螺旋結構就是宇宙的時空結構會與物質交相輝映的結果。恒星和行星的運動能夠引起尾跡之處時空的彎曲，也會引起其他恒星和行星的運動，同樣地，它們周圍的時空也會彎曲，以此類推。一言以蔽之，引力是時空彎曲的體現——這就是愛因斯坦的偉大洞見。
愛因斯坦在1915年發表了上述理論發現，稱之為廣義相對論。如今我們知道廣義相對論是關於引力的理論，並且認為它是正確的，因為該理論做出了很多重要的預言，而牛頓理論卻沒有做到。其中一項預言是光能夠被引力彎曲。人們於1919年的日食過程中觀測到了這一現象，提供了證實愛因斯坦理論的有力證據，一下子成了新聞頭條，也標誌著愛因斯坦開始走進大眾視野。
原文發布時間為：2016-10-23
本文來自雲棲社區合作夥伴“大數據文摘”，了解相關信息可以關注“BigDataDigest”微信公眾號
最後更新：2017-06-01 13:32:22