相对论
爱因斯坦场方程
探索示意爱因斯坦场方程 的曲率网格:能量–应力密度越大的区域网格凹陷越深。调节源强度与时间速度以比较凹陷程度。
器材
- 显示源引起凹陷的虚拟时空网格
- 源密度滑块(无量纲参数)
- 时间速度滑块与暂停按钮
- 可拖动画布;源参数读数
实验步骤
读取网格凹陷
将源参数保持在中值并按暂停。拖动画布倾斜视角,观察凹陷深度:越靠近源中心网格下陷越深——这是对 的定性描绘。
改变源密度
将源密度滑块由小调大,记录“源参数”读数与相对凹陷。 越大,所显示的曲率越强——体现了线性关系 的精神。
比较类真空条件并预测
把源调到最低:远离源的区域近乎平坦,使人联想到质量之外的真空解 。用时间速度滑块改变动画节奏,预测源加倍时的凹陷并验证。
模拟
实验历史
阿尔伯特·爱因斯坦于1915年11月25日向普鲁士科学院提交了场方程的最终形式——这是多年寻找与狭义相对论相容的引力理论的结果;同月卡尔·史瓦西找到了第一个精确真空解。水星近日点进动的解释以及1919年光线偏折的测量确立了该理论。
方程 表明能量与应力决定时空曲率,而曲率告诉物质如何运动。宇宙常数 由爱因斯坦于1917年加入,后一度放弃,又在20世纪90年代观测到宇宙加速膨胀后重新启用。