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【已解决】 怎么用爱因斯坦广义相对论解释地球公转?

假设地球在四维不弯曲时空(暂时忽略地球自身引力的影响)做沿点A到点B的直线运动,如果受到弯曲时空(太阳大的质量使时空弯曲)的影响,地球则会做从点A到了比点B更靠近太阳的位置。且地球运动轨迹由原来直线变为了曲线。想请教一下大家,这种运动状态的改变为什么能够导致从古至今地球一直绕着太阳,却不离太阳越来越近呢?

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最佳答案 2024-07-12 00:00

在爱因斯坦的广义相对论中,地球绕太阳的运动可以通过时空的弯曲来解释。根据广义相对论,质量和能量会使时空弯曲,而这种弯曲的时空决定了物体的运动轨迹。太阳由于其巨大的质量,使得周围的时空发生了显著的弯曲。地球在这种弯曲的时空中运动,就会沿着所谓的“测地线”运动。

在一个不受其他引力影响的平坦时空中,地球会沿着直线运动。然而,太阳的质量使得周围的时空弯曲,地球在这种弯曲的时空中运动时,其轨迹就不再是直线,而是变成了一个椭圆形的轨道(在近似情况下)。

为什么地球不会一直靠近太阳?

  1. 轨道稳定性:

    • 在经典力学中,地球绕太阳的轨道由牛顿万有引力定律和牛顿运动定律描述。根据这些定律,地球受到太阳的引力作用,同时由于地球的速度,它不会直接掉入太阳,而是沿着一个椭圆形轨道运动。
    • 在广义相对论框架下,地球沿着时空中的测地线运动。这个测地线在太阳质量引起的时空弯曲中表现为一个稳定的椭圆轨道。只要没有额外的巨大扰动,这个轨道是稳定的。
  2. 角动量守恒:

    • 地球在绕太阳运动时具有角动量。角动量的守恒定律表明,如果没有外力矩作用,地球的角动量是守恒的。由于这个守恒定律,地球不会无限制地靠近太阳。
  3. 能量守恒:

    • 地球在轨道上的运动是一个能量守恒的系统。地球的总能量(包括动能和引力势能)在没有外界干扰的情况下是守恒的。即使地球在轨道上运动,其轨道的形状和大小也会保持相对稳定,不会无限制地靠近太阳。

轨道预cession(进动)

值得注意的是,广义相对论提供了一个细微但重要的修正,即轨道进动现象。例如,水星的轨道进动(即其近日点的逐渐移动)是广义相对论的一个预言并已被观测验证。虽然地球的轨道进动比水星小得多,但仍然存在。

总结来说,地球绕太阳的轨道是广义相对论中时空弯曲作用下的测地线运动结果。由于角动量和能量守恒,地球不会无休止地靠近太阳,而是保持在一个相对稳定的轨道上。

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  • 匿名 提出于 2024-07-09 18:16

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