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2013 年 1 月 21 日

太陽系的前世今生 (21):愛因斯坦廣義相對論中的彎曲時空概念

提供者 : 陳輝樺 (NMNS )  

說明 : 牛頓 力學裡所論述的作用力到底是什麼 ? 有何特性 ? 我們可以如何著手瞭解呢 ? 牛頓第三運動定律中特別提及的「交互作用  (Interaction Force)」一詞, 是牛頓力學中重要的研究作用力的方法描述。 但此運動定律所提及的作用力與反作用力間真的是「同時」發生嗎 ? 作用力與反作用力間的「交互作用」本質是如何呢 ? 即使有了「交互作用」的探究工具,但這種直接干預式的量測過程中是不是也會改變了原有想瞭解的事實? 若是物質間的一方尚有不易產生「交互作用」的特質,我們又該怎麼辦呢 ? 上述這些疑惑似乎有待進一步地後續探討。

            阿爾伯特 • 愛因斯坦於 1915 年完成了廣義相對論, 並於 1916 年發表。廣義相對論大大地修正了已有 250 年的 牛頓重力理論。 在牛頓重力理論中,萬有引力 (重力)是質量間互相吸引的交互作用力, 也是質量大的物體吸引其他物質的力量。 行星被視為是受到 太陽的重力影響 而環繞太陽在橢圓軌道上運行。 但在愛因斯坦描述的宇宙中,重力不是一種外力, 而是嵌入於一個敘述空間和時間的『時空場』中。 因此,當物體通過這個時空場而運動時, 仿如像太陽這樣的大質量物體可使它周圍的「時空連續結構」彎曲, 太陽系的行星就會沿著時空場中彎曲的路線運動。1917 年,英國劍橋大學天文學家艾丁頓 (Arthur Eddington 1882 - 1944) 在西非海岸拍攝 1919 年 5 月 29 日的一次日全食照片,隨後將照片沖洗出來,日食時的星星位置果真偏了,驗證了愛因斯坦廣義相對論宣稱的「時空是隨著物質的分佈而彎曲」, 彎曲的空間造成了光的偏折現象。

          愛因斯坦指出:「物質的分布決定著空間的彎曲; 彎曲的空間描述著物質會如何的運動」。 廣義相對論精確地揭示了經過太陽附近會發生的彎曲偏折程度。 廣義相對論反覆地被觀測和實驗所證實,它的一個推斷是「宇宙」必然會不斷膨脹的, 由此形成了「宇宙大爆發」理論的基礎。 此外,廣義相對論對於解釋黑洞類星體奇異星體 的運動來說是十分重要的。
 

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天文史上的今天 : 1912 年 1 月 21 日,德裔美籍生物化學家康拉德•布洛赫 (Konrad Emil Bloch,1912.1.21.-2000.10.15.) 出生。與德國生物化學家費奧多爾•呂嫩 (Feodor Felix Konrad Lynen,1911.4.6.– 1979.8.6.)因發現膽固醇 (cholesterol,C27H46O)和脂肪酸新陳代謝 (fatty acid metabolism)的機轉關聯,而共同榮獲 1964 年諾貝爾生理學或醫學獎。  
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