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1. 光線也必須在時空中遵循測地線。時空是彎曲的意味著光線在空間中看起來不是沿著直線旅行。這樣,廣義相對論預言光線必須被引力場折彎。
2. 廣義相對論的另一個預言是,在像地球這樣的大質量的物體附近,時間顯得流逝得更慢一些。這是因為光能量和它的頻率(光在每秒鐘裡波動的次數)有一種關係:能量越大,則頻率越高。當光從地球的引力場往上行進,它失去能量,因而其頻率下降(這表明兩個相鄰波峰之間的時間間隔變大)在上面的某個人看來,下面發生的每一件事情都顯得需要更長的時間。
3. 牛頓運動定律使在空間中的絕對位置的觀念壽終正寢。而相對論擺脫了絕對時間。
4. 廣義相對論中,空間和時間變成為動力量:當物體運動,或者力作用時,它影響了空間和時間的曲率;反過來,時空的結構影響了物體運動和力作用的方式。
5. 空間和時間不僅去影響、而且被髮生在宇宙中的每一件事影響。正如人們沒有空間和時間的概念不能談論宇宙的事件一樣,同樣地,在廣義相對論中,在宇宙界限之外講空間和時間也是沒有意義的。
6. 羅傑·彭羅斯和霍金證明了,愛因斯坦廣義相對論意味著,宇宙必須有個開端,並且可能有個終結。
第二章 膨脹的宇宙
1. 恆星的視亮度取決於兩個因素:它輻射出來多少光(它的光度)以及它離我們多遠。(說明可以透過光度測量很行與地球的距離)
2. 從任何不透明的灼熱的物體發出的光,有一個只依賴於它的溫度的特徵光譜——熱譜。這意味著可以從恆星的光譜得知它的溫度。
3. 此外,我們發現,某些非常特定的顏色在恆星光譜裡丟失,這些失去的顏色可依不同的恆星而異。由於我們知道,每一化學元素吸收非常獨特的顏色族系,將它們和恆星光譜中失去的顏色相比較,我們就可以準確地確定恆星大氣中存在哪種元素。
4. 在20世紀20年代,當天文學家開始觀察其他星系中的恆星光譜時,他們發現了某些最奇異的現象:它們和我們的銀河系一樣具有吸收特徵線族,只是所有這些線族都向光譜的紅端移動了同樣的相對量。
5. 多普勒效應
(1) 可見光由電磁場的起伏或波動構成。光的波長(或者相鄰波峰之間的距離)極其微小,約為0.0000004至0.0000008米。光的不同波長正是人眼看成不同顏色的東西,最長的波長出現在光譜的紅端,而最短的波長在光譜的藍端。
(2) 現在想象在離開我們固定的距離處有一個光源——例如一顆恆星——以固定的波長髮出光波。顯然我們接收到的波長和發射時的波長一樣(星系的引力場沒有強到足以對它產生明顯的效應)。現在假定這恆星光源開始向我們運動。當光源發出第二個波峰時,它離開我們較近一些,這樣兩個波峰之間的距離比恆星靜止時較小。這意味著,我們接收到的波的波長比恆星靜止時較短。響應地,如果光源離開我們運動,我們接收的波的波長將較長。這意味著,當恆星離我們而去時,它們的光譜向紅端移動(紅移);而當恆星趨近我們而來時,光譜則被藍移。
6. 星系紅移的大小也不是隨機的,而是和星系離開我們的距離成正比。或換句話講,星系越遠,它離開我們運動得越快!
7. 宇宙不能像人們原先所想象的那樣處於靜態,而實際上是在膨脹;不同星系之間的距離一直在增加著。宇宙膨脹的發現是20世紀最偉大的智力革命之一。
8. 靜態的宇宙在引力的影響下會很快開始收縮。然而現在假定宇宙正在膨脹,如果它膨脹得相當慢,引力就會使之最終停止膨脹,然後開始