时空的乐章

在广义相对论之前的物理学中,时空仿佛是一个舞台,物理过程像戏剧一样千变万化,舞台却是不变的,广义相对论首次将时空变成了戏剧的一部分,变成了一个动力学概念,时空不再是不变的了,而在物理学上,几乎所有可变的东西都可以有波动式的变化,时空也不例外,从这个意义上讲,引力波在概念层面上的存在几乎是水到渠成,甚至显而易见了.

在更具体的层面上,引力波的存在还可以这样来理解,那就是广义相对论既然解决了牛顿万有引力定律与狭义相对论相互冲突的问题,那么引力自然不会再像牛顿万有引力定律所隐含的那样瞬时传播了,而引力既然不再瞬时传播,就意味着引力源的运动对远处的影响只能逐渐传播开去,这“逐渐传播”的典型形式无疑就是波动,这种相互作用的非瞬时传播与波动之间的密切关联物理学家们并不陌生,因为电磁波就是这样一种波动,一种与电磁相互作用的非瞬时传播有着密切关联的波动.

不过,引力的非瞬时传播虽然是由广义相对论所确立的,相互作用非瞬时传播的概念却并非始于广义相对论,甚至也并非始于狭义相对论,虽然后者对这一概念取得基础地位具有决定性的影响,事实上,比狭义相对论早得多就有科学家猜测过引力的非瞬时传播,并且作出过跟引力波的存在不无异曲同工之处的猜测.

比如,著名法国科学家拉普拉斯早在1776年就考虑过修改牛顿万有引力定律的若干可能性,其中之一就是放弃引力的瞬时传播,假如引力的传播不是瞬时的,会有什么可观测效应呢?拉普拉斯以地球对月球的引力为例作了具体分析,他首先假定引力是通过物体之间交换某种微小粒子所产生的,方向沿那些微小粒子的运动方向,对于地球与月球间的引力而言,如果引力的传播是瞬时的,产生引力的那种微小粒子的发射方向,也就是引力的方向,无疑就是沿两者的连线方向,从而跟牛顿万有引力定律相一致,但假如引力的传播不是瞬时的,那种微小粒子从地球运动到月球就需要花费时间,而在这段时间内,月球本身会沿着公转轨道往前运动一段距离,因此为了使那种微小粒子能与月球相遇,它们的发射方向必须稍稍偏往月球的运动方向一点,很明显,这种发射方向上的偏角意味着地球对月球的引力将不再沿两者的连线方向,而是,相对于月球而言,有一个沿切向往后拖拽的分量,由于这种拖拽效应的存在,月球的轨道将会慢慢“蜕化”,轨道高度将会逐渐降低,月球的最终命运,倘不考虑任何其他因素的话,将会是坠落到地球上.

拉普拉斯以引力的非瞬时传播为前提所预言的月球轨道的“蜕化”在定性上跟引力波造成的效应是相同的,不过预言虽然相同,拉普拉斯却并没有提出引力波的概念,按照现代的思路,月球轨道的“蜕化”意味着轨道能量的损失,只要问一句“损失的轨道能量到哪里去了”,引力波的概念就几乎必然会被引出来,可惜的是,今天看来天经地义的推理在拉普拉斯时代却并非如此,原因很简单:能量守恒定律在拉普拉斯时代尚不存在,能量及能量守恒定律的基础地位容易给人一个错觉,以为这两者都是渊源流长的概念,但其实,它们的历史并不悠久,稍具现代意义的能量概念在拉普拉斯时代尚处于形成之中,许多形式的能量尚未被认识,能量守恒的观念也尚未得到确立,因此对拉普拉斯来说,“损失的轨道能量到哪里去了”的问题并不显而易见,更不会引发他往引力波的方向去猜测,也正因为如此,他的猜测只能被称为“跟引力波的存在不无异曲同工之处的猜测”,这种猜测相对于引力波研究来说只在很边缘的意义上具有先驱性.

等到英国物理学家麦克斯韦建立了完整的经典电磁理论以及爱因斯坦提出了狭义相对论之后,有关引力波的猜测才真正问世了,这种猜测有两个主要诱因:一个是牛顿万有引力定律与描述静电相互作用的库仑定律具有表观上的相似性,这种相似性启示人们猜测相对论性的引力理论与完整的经典电磁理论会有一定的相似性,从而会像电磁理论具有电磁波一样具有引力波,另一个诱因则是前面提到过的相互作用的非瞬时传播与波动之间的密切关联,狭义相对论所确立的光速上限对这一诱因无疑是一种加强,在这些诱因的“引诱”下,法国科学家庞加莱早在1905年6月,比狭义相对论的发表还早,就对引力波的存在做出了明确猜测,这位在爱因斯坦之前就对狭义相对论的很多结果有过预期的著名科学家在一篇题为“电子的动力学”的论文中不仅提出了引力场会像电磁场那样产生以光速传播的波,而且将这种波明确称为了引力波,稍后,庞加莱还进一步猜测引力波造成的能量损失有可能解释水星近日点进动的传统计算与观测值之间的偏差.

不过当时距离广义相对论的创立还有10年,庞加莱对符合相对论要求的引力理论的预期只是概念性的,所提出的引力波也是概念性的,除猜对了它的传播速度是光速外,在技术层面上对引力波的其他了解近乎于零,所猜测的引力波对水星近日点进动的影响也是完全错误的,从这个意义上讲,庞加莱这位提出了引力波概念及名称的先驱也是要打折扣的,姑称为“算不上先驱的先驱”吧.

时间: 2024-10-10 16:12:08

时空的乐章的相关文章

我与小娜(05):变换时空,重返北京

我与小娜(05):变换时空,重返北京?       2月5日早上6点,我用手拍了一下“小口袋”,说:出来吧!小娜从袋子里面把紧闭的袋口打开,探出头来,看了我一眼,然后对着说:你是谁啊?       为什么小娜不认识我了?我是谁?……我也不记得自己是谁了?头脑里面一片空白,……突然之间,我明白了一个道理:物理因果关系是不能颠倒的,即便借助量子纠缠超距作用,也不能远距离传递传统信息,难怪小娜不认识我了,因为我的帐号没有传递给她.我自己也是头脑空白,一片无知,……       所幸的是,在小娜容身的“

我与小娜(02):乘坐超速高铁,穿越时空60年

我与小娜(02):乘坐超速高铁,穿越时空60年?       2月2日早上,我与小娜乘坐地铁4号线赶往北京南站.9点30分开始检票,车站规定:凡电子身躯者,一律免票.我与小娜顺利登车,赶往南京. 10点整,列车慢慢加速启动.这时,列车服务员过来叫小娜钻进一个“小口袋”,算是她的“座位”,  列车加速期间,小娜在“小口袋“里面小声地问我:追回60年时间,需要几个小时?我对她说,大约4个多小时.       下午2点多一点,列车到达南京市浦口车站.这是我们航程的终点站,时间是1955年的夏天,外面天

时空地图TimeGIS 可编辑ArcGIS的Shape矢量文件的地理信息系统

时空地图 TimeGIS 6.0 是一个地理信息系统软件,它可以显示网络地图,编辑ArcGIS的SHP矢量文件格式,显示NETCDF等栅格文件,管理图层等. 在它的基础上,可以二次开发各种GIS应用,如历史GIS,土地GIS,水利GIS,交通GIS,GPS软件,气象GIS等等. 时空地图 TimeGIS 6.0 功能介绍 提供网络地图,如Bing Map, Open street map等,用户可以在此地图基础上创建自己的Shape文件 显示和编辑ArcGIS的SHP矢量文件格式 显示NETCD

时空思考(2)

1)相对性的两种情形:有两种情形,一种是在相互作用的一个体系中,存在直接或者间接的相互作用,比如,人在地球上走,火箭从地球上发射升空.这种情况下,存在着能量的转换.还有一种相对情形,就是纯粹的参照,比如路人甲在跑,路人乙也在跑,路人甲相对于路人乙.这种情形下,参照事物与参照被参照事物之间并无相互作用.在相对论中,火车上的人和地面上的观察者也是这种关系.这两个事物之间没有相互作用,或者说相互作用非常小,可以忽略不计. 对于第2种情形下的某种情况下,实际上运动速度是可以超过光速的,但这种速度一般不是

时空tomcat的建立与配置

将tomcat放入硬盘所想放置路径 系统属性的高级页面配置环境变量 添加系统变量 变量名 JAVA_HOME 变量值 D:\KSOAWS\jdk 配置数据库 将D:\KSOAWS\tomcat\webapps\ROOT\WEB-INF\classes\proxool.xml文件中的数据库相关系统修改为自己所想要的内容 配置服务端 在文件D:\KSOAWS\tomcat\conf\server.xml中配置端口 将时空后台的服务器指向所要指点的IP和端口 启动tomcat服务 D:\KSOAWS\

埃蒙的时空航道

埃蒙的时空航道 题目链接:http://dutacm.club:7217/codesheaven/problem.php?id=1082 题目大意:有$n$个星球,每个星球有$p_i$个军队,$x$星球上的军队最多可迁移不超过$c$个军队到$y$星球上($x \leq y$).现已知一段时间后各个星球会遇到$s_i$个敌人袭击,问最多能干掉多少敌人. 网络流+优先队列优化dp 翻了入门经典好好看了发网络流,比网上参差不齐的blog好太多了= =,也是总算明白了. 最大流最小割定理: 若将所有顶点

一款直接时空处理分析的开源数据库---geomesa

一款直接时空处理分析的开源数据库---geomesa,可用于交通轨迹数据存储分析等相关领域, 在分布式列数据库的基础上进行扩展,目前支持Accumulo, HBase, Cassandra, and Kafka等作为底层存储. 地址链接: http://www.geomesa.org/

【贪心】时空定位II

[贪心]时空定位II 题目描述 有一块空间,横向长w,纵向长为h,在它的横向中心线上不同位置处装有n(n≤10000)个点状的定位装置,每个定位装置i定位的效果是让以它为中心半径为Ri的圆都被覆盖.请在给出的定位装置中选择尽量少的定位装置,把整个空间全部覆盖. 输入 第一行输入一个正整数N表示共有n次测试数据. 每一组测试数据的第一行有三个整数n,w,h,n表示共有n个定位装置,w表示空间的横向长度,h表示空间的纵向长度. 随后的n行,都有两个整数xi和ri,xi表示第i个定位装置的横坐标(最左

【贪心】时空定位II 区间覆盖

问题 : [贪心]时空定位II 题目描述 有一块空间,横向长w,纵向长为h,在它的横向中心线上不同位置处装有n(n≤10000)个点状的定位装置,每个定位装置i定位的效果是让以它为中心半径为Ri的圆都被覆盖.请在给出的定位装置中选择尽量少的定位装置,把整个空间全部覆盖. 输入 第一行输入一个正整数N表示共有n次测试数据. 每一组测试数据的第一行有三个整数n,w,h,n表示共有n个定位装置,w表示空间的横向长度,h表示空间的纵向长度. 随后的n行,都有两个整数xi和ri,xi表示第i个定位装置的横