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怎样用广义相对论的场方程解释黑洞的起源是什么?

2023-01-11 14:47:03 编辑:leo 浏览量:627

怎样用广义相对论的场方程解释黑洞的起源是什么?

我们简单讲解了爱因斯坦广义相对论场方程中,一些基础的数学和物理概念,再次说明一点,要理解这个场方程,你非得去先学习微积分、矩阵、黎曼几何等等内容,否则你是无法理解的。广义相对论毕竟不是狭义相对论,狭义只需要懂v=s/t就足够了,广义是一个全新的分析运动物体的运动状态的方法。

怎样用广义相对论的场方程解释黑洞的起源是什么?

广义相对论场方程实际是由10个二阶非线性偏微分方程组成,由于方程数量有点多,且不是线性的,所以求解这个方程的解就变得非常困难。以前我们小学学过一些方程的解,比如方程:5x=10,那么x=多少?很简单x=2对不对。这种解法只需计算一次10/5=2就可以得出结果,当然有的方程相对复杂,我们也许要进行5次运算才能得到结果,不过我们计算的次数总是有限次。

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但是要解这个场方程,没有刚刚的常规解法,换句话说这个方程的解只能去试,比如从0开始带入进去试,发现不对,那改为0.00001带入进去,再不行改为0.00002继续带入,一直不断试错。有人或许会好奇,我去!还有这样解方程的?那得算到猴年马月啊?(当然实际解法不会这么傻的把实数一个一个试,人们会先采用一定的策略把解的范围大致确定,然后再去一个一个试)。

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哈哈,好在我们目前的计算机计算能力足够强大,一秒钟可以计算上百万次,不过实数可是无穷无穷尽的,总不可能真的把数轴上的实数去一个一个试吧?答案还是很遗憾,真没快捷方式求解,只能试到底。不过功夫不负有心人,1915年卡尔·史瓦西计算出了一个解,这个解也叫史瓦西解(这个解可直接得出,不用试)。这个解看似平凡实际非常吓人,因为这个解的特性说明:把一个物体进行不断压缩到一定程度,就会形成一个特殊的天体,这个天体对周围的时空扭曲程度极高,会让时空形成闭环,这个天体就叫黑洞。

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这里要说明一点的是,这个场方程的解有很多个,但并不是所有解都是有意义的解,这个场方程求解属于数学问题,但不是所有数学问题都必然有一个物理实体对应,这也是为什么数学总是发展的比其它自然科学快,很多时候都是某数学家发明了一个数学工具,发明人自己都不知道到底有啥用,但是过了几十年某物理学家发现当初这个人发明的工具正好可以用上。

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标签:黑洞,相对论,方程