因为他们认为光是由小颗粒构成的。.PDF

光线的弯曲 光会落下吗？牛顿和他同时代的人认为会，因为他们认为光是由小颗粒构成的。他们以后的 物理学家并不这么肯定，毕竟你不能把光握在手中并感到它的重量。 爱因斯坦决定性地解决了问题，从而漂亮地展示了等价原理的威力。想要懂得这一点，还要 去麻烦我们的朋友，她丝毫没意识到起居室正在深度空间加速。她想玩一个激光标定游戏。 她打开激光器，一束光穿过房间，但地板根本不在乎她在干什么，正和往常一样地往上冲， 愈来愈接近光束。我们的朋友很吃惊：光束竟然弯向了地板！ 我们笑了，哈哈，她又被骗了！光并没有往下落，只是地板在往上冲！但根据等价原理，在 深度空间加速的起居室中的物理和引力场中的物理是一样的。我们可以作结论： 引力使光 弯曲，而这是正确的。 这样，等价原理一举解决了长期的争论。观测已经证明了结论是正确的：星光在从太阳附近 经过时确实弯了一点点。 反引力 能有反引力吗？我曾看过一个解密的政府文件，研究敌对国家制造反引力飞机的可能性（真 是令人同情，文件中列出了一些苏联集团研究引力的物理学家的名字。我知道他们中许多人 是纯粹的理论家，叫他们解释一下普通飞机的工作原理都会很费劲）。 科幻小说作家喜欢诸如反引力这样的概念。但如果你相信等价原理，反引力就是不可能的。 论据仍是极为简单的。扔下一把物体，它们中能有往上掉的吗？不能。根据等价原理，你处 在深度空间中加速的火箭里。这里仍然沿用老说法： 尽管你信誓旦旦，说它们正往下落。 但对于飘在外面的观测者，是地板冲向上面去迎你扔下的物体。显然，如果等价原理是正确 的，在引力场中不会有一个往上落的物体。 时间弯曲 从等价原理可以得到一系列令人吃惊的，做梦都想不到的效应。大概没有比空间和时间弯曲 更能引起公众想像的了。但是爱因斯坦的快乐思想，看起来那么简单但又极为深刻，几乎立 刻能引申到空间和时间的弯曲。 设想在引力场中不同位置的两个观测者，一个在地面，一个在塔顶。地面的观测者每秒向塔 顶的观测者发一个光脉冲信号，塔顶的观测者测量两个信号到来的时间间隔——他们在比较 时间流逝的快慢。 想像把整个的安排——包括地面及坐在那里的观测者，塔和高居其顶端的观测者——移到深 度空间的加速飞船上。根据爱因斯坦的等价原理，这和在地球引力场中的情况是绝对没有区 别的。现在就能容易地定性判断会发生什么了。在一个光脉冲趋近塔顶时，一直在加速的观 测者却愈来愈快地远离，因此光脉冲需要多一点的时间到达塔顶的观测者。时间像是对两个 观测者流动的速率不同。等价原理告诉我们，虽然地面和塔顶的观测者都坐着不动，他们也 看到时间的不同流逝。 亲爱的读者，这就是时间弯曲的所有内容。虽然使人惊讶，但却不像某些科幻作家所希望的 那样神奇。 空间弯曲 要了解为什么引力使空间弯曲，先想一下我们如何才能判断我们所处的三维空间是否弯曲。 因为弯曲的三维空间很难想像，让我们设想一个在二维弯曲空间——也就是曲面中生活的二 维小生物，他是如何判断他的空间是否弯曲的。 当我们想像一个曲面时，它是嵌入在或者说是包容在日常经验的三维空间中。作为三维空间 的人，我们去看二维表面，很容易判断它是否弯曲。但二维生物不能脱离自己的世界到三维 空间中来看他的世界，正如我们不能跳出我们的宇宙来看一看我们的三维空间一样。二维生 物该怎么办呢？ 答案就在我小时候感到困惑的一个古老谜语里。一个猎人往南走了一英里，转向东走了一英 里，最后，他转向北方。走了一英里后，他回到原地，遇到了一只熊，将它射杀。这熊是什 么颜色的？ 谜语中提供的信息表明地球表面一定是弯曲的。对数学家而言，这个信息就是猎人足迹形成 的三角形的三个角之和是90 °+90 °+90 °=270 °，它大于 180°（见图2.2 ）。与此对照的 是，在平面上画的三角形，其三个角之和是180°。这样，二维生物只需在他的空间中画一 个三角形，量它三个角，看看加起来是否是180°就行。