物理學往事 廣義相對論中的時空扭曲，到底是怎麼回事？

作為廣義相對論中最重要的觀點 任何有質量的物體 都會使它周圍的時空發生扭曲 如果我們將宇宙 想象成一個時間和空間的巨大網格 所有大質量天體 都會扭曲周圍時空的幾何形狀 假設當一個蘋果在宇宙真空中移動 它的軌跡將會保持一條直線 如果當它經過地球這樣大質量的物體周圍 由於其扭曲了周圍的時空 所以蘋果原有的運動軌跡也發生了彎曲 從而使其向地球的方向墜落 這種效應就是所謂的引力 當一個物體的質量越大 時空的扭曲就會越強 通往它的方向都會形成彎曲的直線 使周圍所有物體 都只能沿著其周圍的曲線運動 從而更接近這個物體 看似物體之間相互吸引的現象 實際都是由於物體運動的直線曲率所產生 為了進一步理解廣義相對論 我們用黑洞來解釋這一奇特現象 作為宇宙中擁有最大引力的類星體 其時空的曲率將所有物體都推向中心 作為黑洞中心的起點 使得時空結構被無限扭曲 以至於所有的直線全部指向這裡 時間本身也會指向黑洞的中心 在這裡 即使是光線都無法逃離黑洞 而在這個捕獲範圍的臨界區域 就是黑洞的事件世界 在世界以外 部分光線可以逃離 而在世界以內 所有的光都無法逃脫 所以任何經過世界以外的物質 雖然軌道會有所偏離 但仍能逃脫它的引力 這也就解釋了 為什麼黑洞後面遙遠恆星發出的光 在靠近黑洞時 光線就會發生變化 從而使得我們在觀察黑洞時 會看到遙遠恆星顯示在黑洞周圍的圖像 這就是引力透鏡效應 而且當黑洞快速自旋時 還會將周圍時空結構也拉入旋轉的方向 這也是為什麼物體在墜入黑洞時 其軌跡會發生偏離的原因 在宇宙中還有一個神奇的現象 那就是引力時間膨脹效應 當我們靠近黑洞周圍 不僅空間會發生扭曲 時間同樣也會因此而改變 如果我們身處遠離黑洞的引力範圍 那裡幾乎不會受到曲率的影響 時間就是一條從過去到未來的直線 並正常流逝著 當我們越靠近黑洞 受到時空扭曲的影響就越大 當抵達世界時 時間和空間傾斜了45度 和外界相比 時間和空間似乎互換了概念 時間現在指向下方 而在此之前是穿過空間的方向 在外界看來 抵達事件世界的我們 似乎也就處於了靜止狀態 對於我們來說 在世界中的每一秒鐘 或許就相當於外界過了數十年 其實時空都是相對的 對於不同速度的人來說 時間的尺度也是不同的 所以在宇宙中 引力導致的時空曲率越大 且距離引力源越近 相對的時間也就會過得越發的緩慢