第635章 相对论

  “你们都睡醒了？”
  伸着懒腰，打着哈欠的楚云尴尬的看着，百无聊赖的他们问道。
  “习惯了，你们不打算说点什么解闷吗？”
  五号拖着脑袋瓜，看着他们问道。
  “我们到太空部队之前，肯定需要火箭运送对不对？”
  吴刚看着他们说道。
  “没错啊，但是如果是太空母舰的话，不需要火箭，但逃离地球的原理还是差不多的。”
  楚云说道。
  “1号说的没错。”
  虚妄说道。
  “你想问什么？”
  五号问道。
  “我突然想到了一个词汇。”
  吴刚说道。
  “别卖关子了，说吧。”
  五号继续问道。
  “等效原理，你们都听说过吗？”
  吴刚说道。
  “交给我的物理老师了。”
  四号说道。
  “是指加速度效应和均匀引力场效应不能区分。”
  虚妄说道。
  “能够详细解释吗？”
  吴刚问道。
  “这一等效性产生于引力质量和惯性质量之间的等效，它导致阿尔伯特·爱因斯坦提出他的广义相对论。
  爱因斯坦领悟到一个从屋顶落下来的人不会感知引力效应。
  下落的加速度正好抵消了对重量的感觉。”
  虚妄说道。
  “爱因斯坦的相对论，我看不懂多少。”
  吴刚老实的说道。
  “你听着就可以了。”
  五号说道。
  “怎么说？”
  吴刚问道。
  “我说道可不是相对论，说的是你那个问题。”
  虚妄提醒道。
  “说吧。”
  吴刚说道。
  “你们要知道，等效原理最好用一艘由火箭发动机，不断推动在空间加速运动的太空船来说明。”
  虚妄看着他们说道。
  “怎么说？”
  吴刚问道。
  “当发动机不点火时，太空船内的一切物体以自由下落状态漂浮着，就像从屋顶下落的人无重量一样。”
  虚妄说道。
  “这和你之前的必须差不多，具体怎么样？”
  吴刚问道。
  “原则上，火箭的加速度可以调节，使得太空船内的所有物体感觉到一个正好同地球上的引力或由你挑选的任何其他力相等的力。
  这个力在飞船通过空间向前运动时将物体推向飞船的后端。
  在这个加速运动的参考系中进行的任何科学实验。
  例如研究钟摆的摆动，或球在地板上的滚动，都将得出与太空船固定在地面发射台上、因而根本没有加速时一样的结果。”
  虚妄说道。
  “我觉得有一点必须着重加以说明。”
  五号提醒道。
  “说明什么？”
  楚云问道。
  “你们要知道，加速度等效于均匀引力场。”
  五号说道。
  “怎么说？”
  楚云问道。
  “你们要知道，严格来说地球的引力场是不均匀的。”
  五号说道。
  “为什么？”
  楚云问道。
  “因为它是从地球中心点向外扩散的。”
  五号说道。
  “能够详细说明吗？”
  李思特问道。
  “可以，如果你被关闭在一个升降机中，在一个一直钻到地心的竖井中自由下落，那么通过仔细观察与你同乘升降机的任何两个物体，你将发现你并不是在空间自由下落。
  当你更接近地心时，两个物体也将沿着会聚路径互相靠近。
  但在地球表面，引力和加速度的等效性是几近完美的。
  这就是为什么从来没有人因下落而受伤的原因，仅当地面的阻挡使你的下落突然中止，你才会受到伤害。”
  五号说道。
  “还有吗？”
  吴刚问道。
  “没了。”
  五号说道。
  “我也没了。”
  虚妄说道。
  “轮到我问了，我想问点高难度的，什么叫做逃逸速度？”
  李思特看着五号和虚妄说道。
  “一个物体得以逃离一颗行星或恒星，即既不掉回到它们的表面，也不进入绕它们的封闭轨道，所需要的最低速率。”
  虚妄说道。
  “能够详细说明吗？”
  李思特问道。
  “你们要知道，如果地球的天体表面上的逃逸速度只决定于该天体的质量和大小，那么不管是超人垂直向上抛出的石头，或是从卡纳维拉尔角发射的火箭，它们的逃逸速度是相同的。
  在环绕地球或太阳或其他大质量天体轨道上的一个物体，只要它的速率获得足够的提升，就能够逃脱。”
  虚妄说道。
  “具体怎么说？”
  李思特问道。
  “在与质量m的中心相距r的任何地方，逃逸速度都等于2gmr的平方根，这里的g是引力常数。”
  虚妄说道。
  “能具体点吗？”
  李思特问道。
  “如果把r看成是大质量天体的半径，则上述公式给出从它表面的逃逸速度。
  虽然很大的天体，如木星和太阳，含有比地球多得多的质量，而且总的说来引力场也较强，但它们的质量所占的体积较大，因而木星和太阳的表面离它们的中心就比地球表面离地心更远。
  引力随着离大质量天体中心的距离而减小，这就减弱了大质量天体表面上的引力强度，因而半径增大会降低逃逸速度。”
  虚妄看着他们说道。
  “这就完了？还有吗？”
  李思特问道。
  “另一方面，质量增加将提高逃逸速度。
  假设密度大致均匀。
  则质量大致正比于天体的体积。
  但由于体积正比于半径的立方，所以总效果就是密度相同大小不等的天体的逃逸速度正比于半径。
  半径和质量两者的效果部分抵消后，月球表面的逃逸速度是2.4公里每秒，木星表面的逃逸速度是61.1公里每秒，太阳表面的逃逸速度是624公里每秒，只有光速的0.2％。”
  虚妄说道。
  “然后呢？”
  楚云问道。
  “你们要知道，由于表面逃逸速度正比于半径而增加，要使逃逸速度大于光速，你将需要一个密度与太阳相同但直径比太阳大500倍的天体，这是一个大小与太阳系相仿的黑洞。”
  虚妄说道。
  “但是，如果你能把一个原有的大质量天体挤压得更小，它的表面将更接近中心，即使质量保持不变，其逃逸速度也将增加。
  对于太阳，如果能把它压缩成半径仅仅2.9公里的球，其逃逸速度将超过光速，太阳也就成了黑洞。
  这个黑洞的半径不是太阳现在半径的1500，而是500的平方分之一，或0.000004。”
  虚妄说道。
  “还有吗？”
  四号问道。
  “……”