关于相对论没搞明白的问题

最近研究了一下相对论,准备作为公司每周技术讲座的题目。狭义相对论还是比较容简单的,我基本可以理解。但广义相对论中还有些问题没想清楚,毕竟不是专业研究物理的。

按照广义相对论的解释:万有引力是不存在的,它只是时空扭曲的一种表象。如果时空扭曲可以产生加速度,我就可以按照下面的思路推断出有“绝对静止”的存在,而直觉上,我觉得又不应当有绝对静止。

“质量会引起时空的扭曲,一个在高维空间直线运动的物体,在扭曲了的四维时空中的投影是弯曲的,在只能观测到四维时空的我们看来,它似乎是受到了引力的作用而改变了运动方向。”这是广义相对论对于万有引力的的大致解释。对这一解释,我可以有个模糊的理解,但细节上却并不清楚。

首先,它没有很好的解释原本相对静止的两个物体如何可以在扭曲的时空中相对运动起来。比如:树上的苹果和地球本来是相对静止的,若不受力,苹果是如何掉落到地面上的呢?我自己能够想到的解释有两种:一是仍然有力的存在,也许万有引力是不存在的,但质量却可以引起另一种类似的力,导致物体的相对加速度,但相对论是认为这里不存在任何力的;另一种解释是,地球和苹果都在更高维的空间中,相对于这个“空间”在运动(也就是说有绝对的运动或静止),而它们在运动过程中在四维时空中的投影趋向于汇聚在一起,除非有外力不停改变它们的运动。按照这第二种解释方式:四维时空里相对静止的物体在高维空间中是相对运动的;而四维空间里相对运动的物体在高维中却又是相静止的。直觉告诉我这样的解释很别扭。

其次,相对论认为物质会扭曲周围的时空,但没有解释为什么会扭曲。既然质量可以扭曲时空,为啥不能认为是通过是加了力来扭曲的呢,还非要断言引力不存在。

最后,按照相对论的说法,质量引起时空的扭曲,那么运动的质量会导致时空扭曲的波动。这种波动以光速传播,也就是所谓的“引力波”。引力波是带有能量的,因此物质在运动时,即便不受任何外力,也会因为发射了引力波而损失能量。若物质可以将一部分能量传递给周围的时空,那么这个时空岂不是也就具备了能量(质量)。这样一来,时空和物质又有什么区别呢。宇宙根本就不存在所谓的“时空”,它只有物质的不同运动形式。

时空若是无限的,所有运动的物体都会因为引力波辐射而损耗能量,其动能越来越小,最终损失殆尽而达到“绝对的静止”状态。若宇宙有限,引力波可能会达到一个平衡的状态,类似黑体辐射。

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