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相对论

爱因斯坦场方程

探索示意爱因斯坦场方程 Gμν=8πGc4TμνG_{\mu\nu}=\frac{8\pi G}{c^4}T_{\mu\nu} 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。

研究

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

  1. 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 Gμν=8πGc4TμνG_{\mu\nu}=\frac{8\pi G}{c^4}T_{\mu\nu} 的定性描绘。

  2. 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。TμνT_{\mu\nu} 越大,所显示的曲率越强——体现了线性关系 Gμν∝TμνG_{\mu\nu}\propto T_{\mu\nu} 的精神。

  3. 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 Rμν=0R_{\mu\nu}=0。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 Gμν+Λgμν=8πGc4TμνG_{\mu\nu}+\Lambda g_{\mu\nu}=\frac{8\pi G}{c^4}T_{\mu\nu} 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 Λ\Lambda 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。

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