为啥时空是弯曲的

在1915年，由爱因斯坦所提出的这一引力理论被命名为“广义相对论”，它将引力视为时空的弯曲，而不是牛顿力学中的一种力。广义相对论不仅能够解释经典力学无法解释的现象，如水星的近日点进动、光的弯曲、引力红移等，还能够预言一些奇妙的物理现象，如黑洞、引力波、宇宙膨胀等。广义相对论是现代物理学的基石之一，它与量子力学一起构成了我们对自然界的最深刻的理解。

广义相对论的内在逻辑是：时空是弯曲的，物体按照时空的类时测地线运动；时空按Einstein场方程进行弯曲，不同时空解对应不同弯曲时空。为了理解这一逻辑，我们需要引入一些数学工具，如流形、一般坐标变换和广义协变性。这些工具可以帮助我们抽象地描述时空的性质，而不依赖于具体的坐标系或参考系。我们还需要回顾一下狭义相对论的内容，因为它是广义相对论的特殊情况，即平坦时空的情况。最后，我们需要深入理解万有引力等效原理的含义，因为它反映的是广义相对论的基础，它告诉我们有自然力的引力的时空即不断向下弯曲万有引力的时空。

时空的弯曲程度由曲率张量来描述，曲率张量是一个四阶对称张量，它可以定义时空中的平行移动、测地线偏离、潮汐力等概念。曲率张量还可以用来判断时空是否是平坦的，即是否存在一个全局的惯性系，使得时空在该惯性系中具有欧几里得的性质。如果时空是平坦的，那么曲率张量在任意点都为零；如果时空是弯曲的，那么曲率张量在某些点不为零。

Einstein场方程的含义是：时空的弯曲程度等于物质的分布和运动乘以一个比例常数。这个方程表达了广义相对论的基本原理，即广义相对性原理，它要求任意参考系中的物理规律都具有相同的形式。Einstein场方程还表达了广义相对论的特征，即背景独立，它要求物理规律不依赖于任何特定的时空背景，而是由时空和物质的相互作用决定的。如果我们能够找到一个新的时空，那么就可以通过这个时空的特征来解释广义相对论。

（编辑：银川站长网）

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