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那些让人生疑的图片

已有 191 次阅读 2019-11-2 13:01 |系统分类:观点评述

       科学理论一定是形式逻辑体系。不管我们自觉不自觉,我们叙述和论证过程都是形式逻辑方法。在这个过程中有两个东西会起很大作用,一个是类比,一个是图示。好的类比让我们的思维触类旁通,开阔视野,逻辑顺畅。图示也一样,在一篇用文字堆积的逻辑里加上好的图片、图示,往往一下就让我们视野开阔起来,思维立刻进入新的境界,前后逻辑平滑连续起来。不恰当的类比和图示当然就起不到这种作用,甚至是让人越发糊涂起来。我们来看看某些让人糊涂的图示。

现代宇宙学或天体物理学是个深奥的学科,普通人都不可能理解这样的理论。不仅仅是因为这些理论本身有很多我们不理解的逻辑假设在其中,更是因为都是些难以验证的假设和结论,那是些在遥远空间和遥远时间发生的事件。我们如果没有足够的知识肯定不会知道其中的奥秘,但是光有知识没有丰富的想象力也是不能理解和解读那些奥秘的。有人说这个世界上懂相对论的不会超过3人,这个说法很有道理,而且现在看来懂霍金的人比懂爱因斯坦的人还要少,可能会没有。

时空.JPG


图1.

      1.是某教科书关于相对论空间形变会造成光线弯曲的图示。作者绘此图大意是想说明,由于太阳的质量,会造成了它附近空间形变。如果我们观测太阳后方的某发光星体,星体发射来的光线就会弯曲。平时因为太阳太耀眼,我们平时观测不到这个现象。在日全食时我们就能观测到这个现象,如图中所示恒星的实际位置和表观位置会不同。可这个图示和这些说法有问题。

       观测光线弯曲是验证爱因斯坦预言的第一个实验,也是检验广义相对论的一个观测实验。该实验的主持人是支持广义相对论的爱丁顿。当时要做该实验是这样设想的:当日全食时拍一张太阳背面一侧天区的照片,如图2.上半部分,将太阳背面各恒星位置记录下来。再等半年,当地球转到太阳前面,在夜间没有太阳的情况下,对同一天区再拍摄一张照片。将两张照片作比对,图2.下半部分所示。如果光线经过太阳会发生弯曲现象,则每一个恒星在照片上的位置都会相对中心有一个位移。这个观测试验的结果进行处理非常难,因为按相对论理论计算的光线弯曲度是非常小的,两次观测的空间位置也不能完全一致,一个是白天,一个是夜间,整个太阳系相对那些恒星还运动了半年。加上拍摄和图像记录技术手段的差异,这很难得到有说服力的结论。


未命名2.JPG

2.

       在图1.中向下凹陷表示空间受太阳质量作用发生的形变。但这个只能表示某一空间平面被弯曲,这完全是根据人们在地球表面的活动经验想象绘出来的。如果太阳质量真会引起空间形变,不会是图1.所示的形变。有很多人用这类凹陷图像来说明空间形变,并以此说明处在形变的曲面上的质量体会下滑到漏斗中心,引力就是因此而出现的,如图3.左上方。有时还会把这个凹陷方向搞反,见图3.下方所示。

未命名3.JPG


图3.

       还有人把空间形变或扭曲用图4.的图片来表示,这个看起来比漏斗形状形变的空间似乎会合理一些,可实际上也是不符合逻辑。如果空间会形变,那一定是球对称的,绝不是单方向的(图3.)或只有6个方向的(图4.),必定是如图5. 所示的全方向形变的。图3.右上方是所谓黑洞的合成图像,这个合成的图像也不具有空间对称性,也是不合理的。

    未命名4.JPG    

    图4.



未命名5.JPG

图5.

对图5. 所示的空间形变,我们可以精确地写出离开质量中心,距离相等各点处“弯曲面”的曲率表达式。

 γ= - 1/R

                                                 f=  1/R                                               

      这个γ 是引力势吧?对的,就是引力势。引力势的梯度就是引力f。我们完全可以用逻辑来证明 γ 是引力势,正好也是等势面的曲率,而空间并没有形变,也无法让其形变。




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