问题

若太阳突然消失,地球会立刻飞出还是八分钟后才飞出?

回答
关于太阳突然消失后地球的命运,这真是一个让人脑洞大开的设想!答案并非简单的“立刻”或“八分钟后”,而是更 nuanced(微妙)一些,涉及到我们对宇宙运行规律的理解。

首先,让我们来谈谈“立刻”这个词。在物理学领域,我们通常认为信息和影响的传播速度是有限的,最快的就是光速。太阳的光照耀到地球需要大约八分钟。这意味着,即便是太阳真的瞬间消失了,我们能在八分钟内接收到“太阳不见了”这个信息。所以在我们“看到”太阳消失的那一刻,地球仍然在沿着它之前的轨道运行。

那么,地球为什么会“飞出”呢?这是因为地球之所以能绕着太阳稳定运行,是因为太阳强大的引力作用。引力就像一根看不见的绳子,将地球牢牢地束缚在围绕太阳的轨道上。一旦太阳这个“绳子”消失了,地球就不再受到这股拉力。

根据牛顿的运动定律,一个物体在没有外力作用的情况下,会保持它原有的运动状态。在太阳消失的瞬间,地球正以每秒约30公里的速度沿着它的轨道切线方向运动。所以,当太阳的引力瞬间消失时,地球并不会“静止”下来,而是会沿着它消失那一刻的速度和方向,直线地“飞出”原来的轨道。

但是,这个“飞出”的过程,就像我们前面提到的,需要一段时间来传递“太阳消失”这个信息。太阳发出的引力,和它发出的光一样,是以光速传播的。所以,地球并不会在太阳消失的那一秒就立刻感受到引力的消失,也同样需要大约八分钟的时间。

因此,准确地说,在太阳消失的八分钟内,地球依然像往常一样绕着已经不复存在的太阳运行。八分钟后,当太阳引力的“消失”这个信号以光速传到地球时,地球才会突然感受到引力的“断开”,然后,它就会开始沿着切线方向,以它在轨道上的瞬时速度,笔直地冲入黑暗的宇宙深处。

所以,与其说地球“立刻”飞出,不如说是在太阳消失八分钟后,地球的运动状态才会发生根本性的改变,从围绕太阳的轨道运动转变为沿直线在宇宙中漂泊。那将是一个非常漫长且孤独的旅程,我们和地球也将陷入无尽的黑暗和寒冷之中。

网友意见

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要理解这个问题,楼主应该系统学习广义相对论,然后系统学习引力波是如何推导出来的

不过呢,如果楼主没学过,我纯文字尽量不丢理论信息地讲讲

首先要修改下楼主的问题,不要用突然消失这种语言,因为我们讨论物理问题,也就是说问题要立足于【至少说目前比较公认的】一些公理框架,突然消失这种过程,是违背守恒律的

就像相对论贴吧过一段时间就会有“接近光速时间会变得很慢,那超光速呢?”,对不起,相对论本来无论从保因果角度、动力学的角度都是禁止超光速的,因此如果问题是“根据相对论,超光速会如何如何”,这问题就是不合理的,可以说“根据XX理论,超光速如何如何”,但请不要说“根据相对论,超光速如何如何”

所以我看得出楼主估计应该是想问引力波,所以我默认楼主是在广义相对论框架,而广义相对论是要求守恒律的,所以建议问题修改为:一个星球假如以前是“死星”,就是既不输出能量也不输入能量,质量密度体积什么都不变,突然有一天他因为某种原因其能动张量(广义相对论的描述)开始逐步变化,比如逐步开始自转,或者说向外辐射,组成星球的粒子逐步一个一个变成光辐射出去从而亏损,那么周围的引力效应会如何变化?特别是假设地球离他10光年,那么地球位置的引力多久开始感受到他的偏离

首先楼主要知道,广义相对论对引力的描述,与牛顿引力论是本质的不同。广义相对论认为引力效应,是时空度规效应,也可以说时空几何,至于为什么,请系统学习广义相对论

那么,在广义相对论中,时空几何如何描述,也就是【度规场】,这是一个关于时空坐标的函数,也就是选取某种坐标系(参考系),每一点由该函数可计算出一个值,当然其实是16个值(实质是10个值,因为是2阶对称矩阵,也简称度规张量,是10个关于坐标的函数)

一旦选取某种坐标系,给定度规场,那接下来的事就简单的,我就可以根据该坐标系与适配的度规,定义出短程线,也就是自由粒子的运动方程,比如苹果加速下落、行星公转,都是【短程线】

而选取某种坐标系,会适配出什么度规,这就与时空形态有关,也可以说时空的曲率。比如在一个弯曲的球面2维空间建立X-Y坐标系,与一个平面2维空间也建立【同类型的】X-Y坐标系,得到的度规显然不同

而时空曲率由什么决定,也就是星球的【能动张量】

所以,如果星球的【能动张量】变化,也就是上面说的,比如在辐射能量或者越转越快,那么导致周围的时空曲率张量就会不断变化,导出的度规场就会使是【动态】的

而可以推导,如果是弱场中,比如地球这种地方,时空弯曲程度很低,广义相对论里面的方程可以做线性近似,度规场在达朗贝尔算符(楼主如果不知道是什么自己去查)作用下将等于0。

达朗贝尔算符作用下为0什么意思,如果是对某种“势”在该算符作用为0,说明这种“势”所对应的场,是以光速传播的。比如最简单的,电磁势就满足这点。

但最关键的问题是,度规场在该算符作用下等于0,和引力波有什么关系?

这就要再说下【短程线方程】,根据这个方程,可以推导度规体现的物理意义,正是“引力势”(若按古典力学的说法,也就是牛顿引力论的观点,把引力看成力的话)

也就是说,“引力势”在达朗贝尔算符作用下为0,代表引力效应以光速传播

这就如同【时空涟漪】,星球的能动张量变化时,在时空激起一个【时空度规波】,以光速向外扩散,虽然这个比喻不是很恰当,因为度规场是【4维时空度规场】,而不是3维空间度规场

不过,上述说的是弱场,是为了方便计算推导,举的特例,在地球这种地方,就是近似弱场,可以这么处理

但其实也可以证明,就算不是弱场,也是一样的,观测者测出的局部引力波也是光速

所以,如果说一个星球能动张量逐步变化,与他相距比如10光年的人,将在10年后感受到由于他变化带来的引力效应的变化

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