质量到底弯曲了空间中的什么?
事实上,质量不会真的弯曲空间。
集中的能量对周围的空间有影响。正如爱因斯坦在《广义相对论基础》中所说:“引力场的能量和任何其他能量都是等效的。” 像地球这样的大质量物体之所以有引力,是因为物质是能量的集中,因此得到公式E=mc。但请注意,一个没有质量的光子也会产生引力,就像任何一种能量一样,不仅仅只有质能。
此外,这种能量实际上不会使周围的空间弯曲,而是会使其变得不再是均质的。参见1920年爱因斯坦在莱顿的演讲:“时间与空间的相互依赖,或者说认清我们用了10个函数来描述‘真空’在物理关系上既不是均质的也不是各向同性的这一事实,最终使我们摒弃了空间是一片虚无的观点。” 这种非均质的空间被建模成为弯曲的时空,详见《非均质真空:弯曲时空的另一种解释》。我们说时空是弯曲的,但并不认为空间本身就是弯曲的。参见《物理学常见问题》:“注意:不是空间的曲率,而是时空的。两者的区别至关重要。” 空间不是均质的,且这样的非均质是非线性的,所以测量图和度量标准都是弯曲的。度量标准与测量本身有关。
要注意的是,地球本身就有曲率这件事会引起一些混淆。要想使思路变得清晰起来,我们可以通过“放大”的思想,就像这样:现在你开始想象空间是非均质的,而非在引力场中弯曲。请注意,应力能量张量与方向压力有关,并且空间被明显地“向外推”,这种影响随着距离的增加而减小。因此,下面的正方形是扁平的。这是只用了正方形而不是球体来描绘里奇曲率,因为测地线球的体积偏离了标准球的体积。
至于空间中到底是什么被弯曲了,最好说到底是什么被改变了,答案就是空间本身。空间并不是一片虚无的。爱因斯坦认为它是一种如幽灵般的有弹性的东西,并且可以被施加压力。至于能量是如何做到这一点的,没有人确切知道。让我们把空间想象成一个被无数条线穿过的透明果冻,然后用皮下注射针在中间注射更多的果冻。周围的果冻被施加压力,产生类似于引力场的东西。但值得注意的是,你是把果冻注射到果冻里。空间和能量之间似乎有着某种深层的联系,好像在某种深层的层面上,它们是同一件东西。