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地球绕着太阳转?有什么证据可以证明这一点?科学家:广义相对论

地球绕着太阳转?有什么证据可以证明这一点?科学家:广义相对论
2019年11月11日 11:14 新浪网 作者 如何学穿衣

  网友提问

  :有什么证据可以证明地球的确是围绕着太阳转的?

  回答

  : 根据广义相对论来说,太阳的确是绕着地球转,地球也绕着太阳转,但太阳和地球同时也围绕着处在他们中间的天体——月亮旋转。

  地球绕着太阳转?有什么证据可以证明这一点?科学家:广义相对论

  在广义相对论中,我们可以使用任意坐标系。你可以挑选一个以地球为固定中心的坐标系,在这个坐标系中,地球甚至可以不围绕着他的轴线旋转。接下来,当你从中推导出所有与之相关的运动方程,你就会发现,是太阳在运动,而不是地球。

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  当然,这是一种非常呆板的方式,虽然从原则上来说,所有的方程式都成立,但他们都非常棘手并难以解开,所以科学家们基本不会使用。

  那么为什么我们要选择一个太阳处于静止状态(或等速运动)的体系呢?因为这样一来,得到的方程式将更为简单,或者直观点说,相比之下更为容易解开。这是物理学中的一个小窍门:我们需要找到一个坐标系并推导出运动方程,而这些方程要容易到可以猜出正确的答案。

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  但讽刺的是,在以前托勒密的体系中,行星以周期和周转形式围绕着地球运行实际是一种可行的方式。我们说轨道是椭圆的,但这个椭圆其实是一个周转圆。它通过其圆心绕着另一个大圆圆周滚动而产生。所以,哥白尼的革命实际是用一种更为简单,而不是更准确的方式来描述运动的革命。但是哥白尼的方法让牛顿得出了一个非常简单的引力定律。因此,费曼曾经说过,物理学的闪耀之处就在于用一种答案显而易见的方式来描述一个现象。(费曼的失败仅仅只是因为自旋和统计数据之间关联性的问题)

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  所以太阳围绕着地球旋转并不是一种错误的说法,只是这会让我们得到一个颇为复杂的方程式,而这样的方程式不能让我们更好的去理解引力行为。

  广义相对论是阿尔伯特·爱因斯坦在1907年到1915年间提出并发展的引力理论。根据广义相对论来说,我们观察到的物质之间的引力效应都是由于它们对时空的扭曲所引起的。

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  在20世纪初期,作为一个对物质之间引力的科学性描述,牛顿的万有引力定律已经被大众接受了两百多年。在牛顿的模式中,引力是大质量物体之间所存在的吸引力,虽然牛顿被这个力量的未知性所困扰着,但这个基本框架对于运动的描述是极其成功的。

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  从实验和观察中得知,爱因斯坦关于引力的描述中包含有几种牛顿定律里无法解释的效应,例如水星轨道和其他行星轨道的细微不同。与此同时,广义相对论对引力新效应也进行了预测,例如引力波、引力透镜和一种作用在时间上的引力效应,这种效应被称之为引力时间膨胀。许多的预测都被已经被实验和观察证实,而最近一个被证实的是关于引力波的预测。

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  广义相对论(GR,也称为广义相对论或GTR)是爱因斯坦在1915年用几何语言建立而成的引力理论,是现代物理学中对引力的说明。广义相对论不仅发展了狭义相对论,并且对牛顿的万有引力进行了提炼。他将引力统一描述成时间、空间或时空的一种几何属性。实际上,这种时空曲率和时空物质和辐射中存在的能量与动量是直接相关的。这个体系是一种偏微分方程式,我们将其定义为爱因斯坦引力场方程。

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  许多与广义相对论有关的预言与经典物理学中的相关预言是非常不一样的,尤其是与时间流逝、几何空间、自由落体运动以及光的传播等有关的问题,这些不同点就包含有例如引力时间延缓,引力透镜、引力红移和引力时间延迟。迄今为止,涉及到经典物理学的广义相对论预言已经在所有的观察和实验中得到了验证。虽然广义相对论不是描述引力的唯一理论,却是能与实验数据相符合的最简练的理论。但是,我们仍旧有一些问题未能解决,其中最主要的就是如何将广义相对论与量子物理定律结合起来,以此建立起一个完整且有条理的量子引力理论。

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