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自由落体和最大原时

自由落体是司空见惯的事情，但是背后的原理却不显而易见。我们常常用“重力”对其解释，但是这还只是在牛顿的经典物理学范畴中。

在广义相对论中，我们将没有力对其作用（诸如空气阻力），但遵循时空中的“最直”路径的物体视为下落的物体。在正规空间中，最直的路径是路径上两点之间的距离最小的路径：在平面上，这实际上是一条直线，在球面（例如像赤道这样的大圆）上，则是一个圈。

在时空中，具有距离的事物却有些不同：两个点现在不仅是空间中的点，还是时空中的点。现在，两点之间的最短路径（也称为“事件”）是穿越时空的方式。这个路径的大小是可以被计算的： 在这里，决定性的只有一个，即在广义相对论中，粒子沿路径移动所用时间最大的路径，是两个事件之间最短的路径。

为什么要花尽可能多的时间？这样做有两个原因：根据狭义相对论，球的运动速度越快，它所用的时间就越慢。在正常速度下影响很小，但还是会导致球在以恒定的速度（例如5m / s）运动不到一秒钟时，少了0.14飞秒运动时间。飞秒是千万亿分之一秒，这效果的确非常小。

此外，还有第二个效果：根据广义相对论，时间在更高的海拔高度（离地球更远）时会更快一些。如果在零米的高度经过一秒钟，那么在五米的高度就多经过了0.55飞秒。

这两个效果现在共同确保了落球的速度随下降增加。如果没有引力时间膨胀效应，则时空中两个事件的最直接连接是恒定速度的路径。因此，如牛顿定律所述，无力作用的物体也以恒定速度运动。当然，除非时空是弯曲的。如果只有这种影响（重力时间膨胀），那么当然最好使球在第一块（2.5 m）上尽可能慢，因为它在时间越快的位置越远。但是，由于两者都有，我们必须将两者都考虑在内。因此，第一部分的球应该慢一点，而第二部分的球要快一点，所以这两种效果会导致折中。

落球的世界线是我们在物理课上知道的抛物线。那时，我们被告知有关“重力”和“加速度”的信息-但实际上，球在时空中只沿着最大原时运动，因为那才是最小路径。

图解：在600千米的距离上观看十倍太阳质量的黑洞（模拟图），背景为银河系

广义相对论（GR），也称为广义相对论（GTR），是阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein）于1915年发表的引力几何理论，也是现代物理学中对引力的最新描述。广义相对论概括了狭义相对论，并完善了牛顿的万有引力定律，提供了对引力的统一描述，引力是时空或时空的几何特性。特别是，时空的曲率与物质和辐射的存在直接关系到能量和动量。该关系由爱因斯坦场方程（偏微分方程组）指定。

广义相对论的某些预测与经典物理学的预测有很大不同，特别是关于时间的流逝，空间的几何形状，自由落体的运动以及光的传播。这样的差异的示例包括引力时间膨胀，引力透镜，光的引力红移和引力时间延迟。迄今为止，在所有观测和实验中都证实了相对论相对于经典物理学的预测。尽管广义相对论不是唯一的相对论引力理论，但它是与实验数据相一致的最简单的理论。但是，仍然存在未解决的问题，最根本的问题是如何将广义相对论与量子物理学定律相调和，以产生一个完整且自洽的量子引力理论。

爱因斯坦的理论具有重要的天体物理学意义。例如，它暗示着黑洞的存在，它是空间和时间扭曲的空间区域，这种空间和时间被扭曲，以至于甚至没有光也无法逃脱，这是大质量恒星的最终状态。有充分的证据表明某些天文物体发出的强烈辐射是由于黑洞造成的。例如，微类星体和活跃的银河核分别来自恒星黑洞和超大质量黑洞。重力引起的光弯曲会导致引力透镜现象，其中在天空中可以看到同一遥远天文物体的多个图像。广义相对论还预测了引力波的存在，此后由物理学合作LIGO直接观测到。另外，广义相对论是宇宙不断扩展的当前宇宙学模型的基础。

广义相对论被公认为是非常美的理论，通常被描述为所有现有物理理论中最美的。

参考资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

3. 森岛-quora- Toni Sementana

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