John Wheeler (费曼的老板,“黑洞”概念的提出者)有句话,请记住它:“质量告诉时空如何弯曲,时空告诉质量如何运动。”
再记住这句话:质点在弯曲时空中运动时,轨迹会受到时空弯曲的影响,就跟受到一个力一样;人们为了方便,管这个表现叫“引力”。
够了,剩下的就是数学了。当然,要是有人愿意用民科式的脑补来填充,咱也没辙啊。
说出“黑洞附近因为巨大的引力产生了空间扭曲”的人,放学别走。写给外行看,也得保证措辞尽量严谨啊。科普也要按照基本法,识得唔识得噶?
最后,澄清两个概念。
首先,弯曲的东西,是时空,而不仅仅是空间。在老爱之前许多年,黎曼本人就试图用空间弯曲解释引力:因为,自伽利略指出“引力质量 == 惯性质量”(你可以通俗地将这个等号理解为“从比萨斜塔上往下扔一大一小俩球结果这俩同时落地”,虽然伽利略其实并没有做过这事儿)以来,人们发现,这一事实在牛顿力学的框架下实在是太不自然了(两个不相关的物理量竟然完全相等),几乎唯一的“看上去自然”的解释就是“引力是几何效应”(这使得这两个物理量事实上成了一个东西)。可惜因为当时完全不可能对“时空”有什么认识,黎曼没有把时间维度放进去,所以碰了一鼻子灰(对 GR 微扰有经验的人应该能立即想到,在弱场下,跟牛顿引力势长得差不多的那个东西,正是出现在与时间有关的分量上)。
其次,在一般情形下,我们一般不会使用“扭曲”这个字眼。“扭曲”在 GR 里有着特殊的内涵:不为零的挠率,也就是适应度规的联络张量
通俗地说,“弯曲”指的是这样的情形:把一个矢量从 Q 平移到 P,有“上路”和“下路”两种走法(看下图中的那个“平行四边形”),而通过两种走法平移过去的矢量 [ 下图中的
(图片来自 http:///abs/0804.3742,这是我见过的废图和废话最多的物理学博士论文之一)
而若时空是“扭曲”的,则上图中的那个“平行四边形”根本不能存在,得缺个口儿: