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[交流]
【交流】广义相对论的适用范围
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广义相对论的适用范围 根据牛顿力学，宇宙中天体的运动状态是由该天体所受的外力所决定。而根据广义相对论宇宙中天体的运动状态是由该天体所处的时空点的时空结构所决定。爱因斯坦对时空的处理方法在弱电统一理论的研究中也许起了一定的作用，但对引力的处理很难说是成功。引力始终留在大统一理论的框架之外。虽然理论学家经过几十年的努力，想尽各种办法和理论，包括玄论，理论的繁复也超出了常人的想象，但要把引力纳入大统一理论的框架似乎仍然是遥不可及的。而牛顿力学对引力的处理虽然简单，但却仍然是现代天体力学不可动摇的基础。 爱因斯坦第四假设，即自然法则在所有的参考系中都是相同的。这个假设常被称作“广义相对论原理”。根据爱因斯坦和 Leopold Infeld所著的L'évolution des idées en Physique，为了说明这个原理，书中举了死亡电梯这样一个例子： 让我们假想一个在摩天大楼内部自由下落的电梯，里面有一个蠢人。这人让他的表和手绢同时落下。会发生什么呢？对于一个电梯外以地球为参照系的人来说，表、手绢、人和电梯正以完全一致的速度下落。（让我们复习一下：依据等同性原理，引力场中物体的运动不依赖于它的质量。）所以表和地板，手绢和地板，人和表，人和手绢的距离固定不变。因此对于电梯里的人而言，表和手绢将呆在他刚才扔它们的地方。如果这人给他的手表或他的手绢一个特定的速度，它们将以恒定的速度沿直线运动。电梯表现得像一个伽利略系。然而，这不会永远持续下去。迟早电梯都会撞碎，电梯外的观察者将去参加一个意外事故的葬礼。 实际上现在用人造卫星中宇航员所经受的失重现象可以很容易说明这个问题。从这里我们可以看到，“广义相对论原理”成立的前提条件是要选择适当的参考系。死亡电梯和人造卫星都可以各自构成一个广义相对论原理成立的参考系。但不论是用死亡电梯或人造卫星构成的哪一个广义相对论原理成立的参考系，这个参考系都只能保证在各自参考系中一个很小的范围内广义相对论原理成立。离开各自参考系中这个很小的范围，广义相对论原理就不可能成立。从这里我们可以看到，从逻辑上来看，要把广义相对论用于有无限大的宇宙中天体运动的研究，本身就是一个不合理的选择。因此想用广义相对论对有无限大的宇宙中天体整体运动进行宇宙学研究，注定不可能得到合理有效的结果。最多只能在某些局部的小区域内得到一些合理有效的结果。如水星近日点的进动问题。 |
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