[实用新型]模拟质量对空间弯曲的演示仪

说明书

本实用新型公开了一种模拟质量对空间弯曲的演示仪，它包括框架、弹性布、至少两个不同重量的重球体和多个重量不完全相同的轻球体，所述框架具有圆形空间，所述弹性布张紧在所述圆形空间内，所述重球体的体积大于所述轻球体的体积，所述重球体适于放置在弹性布上以使得弹性布的布面产生弯曲，所述轻球体适于在弹性布弯曲的布面上运动。本实用新型可以直观、趣味地展示质量对空间的弯曲，并演示弯曲空间对处于其中的物体、行星运动的影响效果。

技术领域

本实用新型涉及一种模拟质量对空间弯曲的演示仪。

背景技术

地球上的物体为什么会下落，行星为什么会绕着太阳运动，17世纪牛顿用万有引力对以上现象做了解释。他认为，万有引力是一切有质量物质的基本属性，无论两个物体相距多远，本质上它们之间都存在相互吸引的作用力，这种力和两者质量的乘积成正比，与两者距离的平方成反比。至于物体间的引力是如何传递和作用的，牛顿时代无法解决这个问题，于是在牛顿的万有引力中，引力就是一个超距作用，默认引力的传递不需要时间。1905年，爱因斯坦建立狭义相对论，推导出光速是宇宙中信息传递的极限速度，于是牛顿力学万有引力的超距作用，就明显和狭义相对论相矛盾。直到1915年，爱因斯坦建立广义相对论，才彻底解决了这个矛盾。广义相对论认为：万有引力的本质是时空弯曲，质量（或者能量）是时空弯曲的原因，物体在弯曲的三维空间中运动，就会有靠近大天体的趋势，这个趋势的直观效应，就是引力的吸引作用。换句话说，在广义相对论中，“引力”并不存在，之所以两个物体相互吸引，是因为物体在弯曲空间中运动造成的等效效应。这种等效效应由广义相对论引力场公式描述，在引力弱的地方，该公式就会退化为牛顿力学的万有引力定律。

爱因斯坦广义相对论关于黑洞的预言:黑洞是客观存在的一种天体。按照质量，天文学家将宇宙中的黑洞分成三类：恒星级质量黑洞（3倍-100倍太阳质量）、超大质量黑洞（几百万倍太阳质量以上）和中等质量黑洞（介于两者之间）。因为黑洞是一种质量极大，体积极小的天体，拥有异常强的引力，在它领域的必需区域内，连光也无法逃窜出去，这个边界称为黑洞“事件视界”，围绕黑洞的一个时空边界，一切物质甚至光线一旦越过这个边界，永远无法返回。

根据广义相对论的引力场公式与质点运动方程，一个行星绕太阳的运动基本上同牛顿的行星运动理论是一样的，但是广义相对论包含了新的内容，行星轨道近日点有着向前的进动运动。这一进动效应很小，太阳系中受到太阳引力作用最强的水星轨道近日点的进动在一百年中只有43秒的角度。这个效应在天文学界早就被观察到，但不能用牛顿的行星运动理论来说明，而现在被广义相对论的引力论圆满地解决了。按照广义相对论引力论，光在引力场中的传播也受到引力场的影响而改变方向。爱因斯坦预见到，星光经过太阳表面时，由于太阳引力场的作用而使其方向与原来方向有1.75秒角度的差别，这一差别在理论发表之后，由英国科学家爱丁顿于1919年的日食天文观察中得到证实。

广义相对论的观点解决了超距作用，但比较抽象，难于理解，因此大众对此理论的了解很有限，我们希望能制作一种模拟质量对空间弯曲的演示仪，来直观展示基于广义相对论的几种宇宙现象。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种模拟质量对空间弯曲的演示仪，它可以直观、趣味地展示质量对空间的弯曲，并演示弯曲空间对处于其中的物体、行星运动的影响效果。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种模拟质量对空间弯曲的演示仪，它包括框架、弹性布、至少两个不同重量的重球体和多个重量不完全相同的轻球体；其中，

所述框架具有圆形空间，所述弹性布张紧在所述圆形空间内；

所述重球体的体积大于所述轻球体的体积；

所述重球体适于放置在弹性布上以使得弹性布的布面产生弯曲，所述轻球体适于在弹性布弯曲的布面上运动。

进一步，所述重球体放置在弹性布的张紧在圆形空间内的部分的中间位置。