魔爪文学

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第271章 森林引力奇遇记九（第2页）

他演示把一块布（时空）绷紧，放上一个小球。如果布是平的，小球静止；如果让布倾斜（模拟引力场），小球滚下；如果布保持平直但让整个装置加（模拟加度），小球也会相对运动。

“在密封的加飞船里，你无法分辨是引力在拉你，还是飞船在加。”博士说，“这意味着，引力可能不是一种‘力’，而是……”

他让咩咩走上讲台，站上那个绷紧的布中央。

布凹陷了。

“而是时空的几何属性。”博士总结，“质量能量使时空弯曲，物体在弯曲时空中沿着‘直线’（测地线）运动，这种运动看起来像是被引力‘拉’着。”

小鸟叽叽突然扇动翅膀飞起来“博士！那自由落体呢？苹果掉落，是因为时空弯曲，还是因为引力？”

“妙问题！”博士兴奋，“在弯曲时空图景中，苹果和地球都在沿着时空的测地线运动。但因为地球的质量太大，它的测地线几乎固定（其实是绕太阳的轨道），而苹果的测地线导向地球表面。它们不是被‘拉’向彼此，而是沿着弯曲的几何自然地相遇。”

“就像……”叽叽思考，“两个蚂蚁在凹陷的叶子上爬行，自然会碰到一起？”

“完美比喻！”博士鼓掌。

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第五节爱因斯坦场方程——宇宙的语法

夜幕完全降临，星空璀璨。博士关掉人造光源，让星光成为唯一的光源。

在星光照耀下，他身后的爱因斯坦场方程仿佛在光

g_μν+ag_μν=8πgc?T_μν

“这个方程，”博士的声音近乎耳语，“是宇宙的语法。它用数学语言说时空的弯曲（左边）由物质能量的分布（右边）决定。”

他分解方程

“g_μν——爱因斯坦张量，描述时空的曲率和能量-动量。

“g_μν——度规张量，时空的‘量尺’，告诉我们如何测量距离和时间间隔。

“a——宇宙常数，爱因斯坦称为‘一生最大的错误’，后来现可能是暗能量。

“T_μν——能量-动量张量，描述物质、能量、压力、应力的分布。

“8πgc?——一个常数，保证单位正确，确保方程在弱场下回到牛顿引力。”

乌龟慢慢补充解释“这……不……是……一……个……方……程……是……十……个……方……程……的……集……合……μ，ν……各……取……o……到……3……代……表……时……间……和……三……个……空……间……方……向……”

“是的，这是一个张量方程，极度复杂。”博士点头，“但它的核心思想极其简洁优美物质告诉时空如何弯曲，弯曲的时空告诉物质如何运动。”

他启动一个模拟屏幕上，一个质量源（恒星）出现，周围的时空网格开始凹陷。一个测试粒子放入，开始沿着凹陷的网格线绕转。

“这就是我们的宇宙。”博士说，“一个由这个方程支配的、动态的、相互联系的宇宙。”

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第六节四大预言的星空验证

“现在，让我们用今晚的星空，验证广义相对论的四个着名预言。”

预言一引力时间膨胀

博士指向天顶附近的星星“有些星光来自白矮星表面——那里的引力极强。根据公式ΔtΔt?=√1-2gmrc2，那里的时间流逝比我们这里慢大约百万分之一。”

“我们能验证吗？”

“能。”博士调出光谱仪数据，“白矮星光的光谱线有微小的引力红移——因为时间变慢，光的频率变低，波长变长，光谱线向红色端移动。这正是我们观测到的。”

数据图上，一条吸收线确实比实验室标准位置偏红了一点点。

预言二光线弯曲

“看那颗靠近地平线的恒星。”博士指向西方，“它的光在到达我们之前，经过了太阳附近——当然现在是夜晚，太阳在地球另一侧，但原理相同。”

他展示模拟星光经过太阳时的弯曲路径。

“1919年日全食观测证实了这个预言，爱因斯坦一夜成名。”博士说，“现在，我们能以更高精度验证——用银河系中心黑洞对背景星光的弯曲，甚至用引力透镜效应观测遥远星系。”

投影上出现“爱因斯坦环”的图片——一个遥远星系的光被前景星系团弯曲成完美的光环。

“星空中的魔法。”飞飞轻声说。

预言三水星近日点进动

博士调出太阳系模拟，聚焦水星轨道。

“在牛顿力学中，水星绕太阳的椭圆轨道应该永远不变。但实际上，它的近日点（离太阳最近的点）每年移动43角秒，牛顿无法完全解释。”

模拟显示，水星的轨道在缓慢转动，像一朵在旋转的花。

“爱因斯坦用时空曲率完美解释了这43角秒。”博士说，“这是广义相对论的第一场胜利。”

预言四引力波——星空的涟漪

最激动人心的部分来了。

博士播放了一段音频——不是声音，而是引力波数据转换成的声波。

“啁啾声”响起，从低频扫到高频，然后突然停止。

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