愛因斯坦認爲引力的本質是時空彎曲,難道牛頓的引力理論錯了嗎?

宇宙時空探索 2024-03-16 15:56:48

引力無處不在,它是萬物存在的基礎,也是我們每天踏實地站在地面上的原因。但是引力到底是如何産生的?

或許也正是因爲引力無處不在,人們對此太習慣了,因爲在相當長的時間裏,人們根本不會去考慮引力的相關特性。如果你穿越到一千多年前的古人社會,問當時的人們“蘋果爲什麽會落到地上,而不是飛到天上”這樣的問題,他們肯定會以爲你瘋了,然後把你送到瘋人院!

但是,科學界的很多發現真的需要科學家們那“瘋子般”的思維模式。而牛頓就深入思考了“蘋果落地”的問題,也因此激發了他的靈感,讓他朝著引力的方向深入思考。當然蘋果落地只是一個故事,並不是說牛頓發現了蘋果落地,然後就提出了萬有引力定律。顯然不會這麽簡單,沒有伽利略開普勒等前輩們的努力研究的成果,沒有牛頓本人對物理學的深入思考研究,不管有多少蘋果砸中牛頓的腦袋,他都不可能創建萬有引力理論。

人類曆史上有多少人被蘋果或者其他物體砸中過?肯定不計其數,但又有誰會去思考“物體爲什麽會落下砸到我,而不會飛到天上”呢?普通人被物體砸中會是什麽反應?很生氣,然後開始一頓臭罵和抱怨。當然,這也是正常人應該有的反應,剛才說了,只有“瘋子”才會有非同尋常的反應。

有點跑題了。話說回來,牛頓創建了引力理論之後,名聲大噪,萬有引力理論也統治了物理學界幾百年時間。引力理論“上天入地”,幾乎無所不能,物理學界幾乎奉爲神明在,這足以說明牛頓的偉大。

但是,萬有引力理論有一個致命的瑕疵,其實牛頓本人也明白:引力到底是如何産生的?萬物之間爲什麽會産生引力?

牛頓也進行了深入思考,但並沒有任何結果。以牛頓當時所在的時代,其實我們不能苛求牛頓對引力的本質進行定義,畢竟任何時代都有無法超越的局限性,再偉大的人物都不可能脫離時代局限性的束縛。

這個難題留給了同樣偉大的另一位天才物理學家,愛因斯坦。

1915年,愛因斯坦在狹義相對論的基礎上,在等效原理和廣義相對論性原理的前提下,提出了偉大的廣義相對論。

這裏重點說一下等效原理,認爲引力質量與慣性質量等效,引力與慣性力等效,從而把狹義相對論中的慣性系擴展到所有參考系。

當然,在提出廣義相對論之前,愛因斯坦對微分幾何學已經有了深入研究,微分集合是一個研究彎曲空間的數學工具。

愛因斯坦已經知道有質量的物體也擁有能量,會讓周圍的空間發生彎曲變形,同時扭曲時間。在這樣的時空裏,傳統的歐幾裏得幾何學不再適用,需要用全新的思維方式和數學工具來解決彎曲時空的問題,這就是闵氏幾何,描述的是四維時空,把時間也描述爲一個維度。

廣義相對論認爲,引力的本質其實就是時空彎曲。說白了,所謂的引力其實是不存在的,引力只是時空彎曲的表象而已。愛因斯坦用更深奧的引力場方程描述引力場的時空幾何量,是一個二階非線性偏微分方程組。

引力場方程非常複雜,很難准確求解,即便是愛因斯坦,也是用了近似的方法從引力場方程中得出了很多預言。

不過,事實證明,引力場方程確實比萬有引力更精確。說白了萬有引力能解釋的,引力場方程能解釋,而萬有引力不能解釋的,引力場方程同樣能解釋。

有幾個事實可以說明這點。

第一,水星軌道進動問題。

1859年,天文學家勒威耶通過萬有引力計算水星軌道時發現了一個問題,水星在近日點的實際觀測進動值比理論計算值稍快,盡管誤差很小,每100年才快了38角秒,但也引起了他的注意。

當然,他並沒有懷疑萬有引力,畢竟當時的物理學界早就視萬有引力爲“神明”,而是懷疑太陽和水星之間還有另外一顆行星,影響了水星的軌道。但是天文學家們一直沒有找到假想中的另一顆行星

而當天文學家們把水星和太陽的各種參數代入引力場方程之後,准確計算出了38角秒這個值。這說明觀測結果與引力場方程的計算結果是一致的。

第二,光線經過大質量天體附近時會發生彎曲,也就是所謂的“引力透鏡效應”。光線經過大質量天體時,會沿著被天體彎曲的時空飛行,産生引力透鏡效應。

第三,引力紅移。引力紅移也是愛因斯坦的質能方程和廣義相對論的預言,當光線從引力場逃逸時,會失去能量,波長會變長,發生引力紅移。

第四,也是最關鍵的一個:引力波。萬有引力體系下,無論如何都無法解釋引力波的存在,而廣義相對論體系下,恰恰預測了引力波的存在,引力波就是時空漣漪,大質量物體的擾動,形成的時空漣漪。

通常情況下,只有中子星或者黑洞碰撞才會出現明顯的引力波,但是由于距離太遠,即便是強度很強的引力波傳到地球,也會變得很微弱,因此只有靈敏度足夠高的探測器,才能探測到引力波的存在。

2015年,激光幹涉引力波天文台終于探測到了遙遠天體碰撞引發的引力波,之後又多次探測到黑洞碰撞引發的引力波,也驗證了愛因斯坦提出的時空彎曲理論。

此外,廣義相對論還做出了很多其他預言,比如說黑洞,奇點,事件視界,引力會讓時間變慢等,都被科學家們相繼驗證。

說了這麽多,既然時空彎曲的概念這麽有用,這麽精確,是不是說明牛頓的萬有引力定律錯了?爲什麽不用時空彎曲完全取代萬有引力理論呢?

科學,雖然是很嚴謹的學科,但終歸要回到實用性,也就是要走進人類,爲人類服務。

有句話是這樣說的:不管黑貓白貓,抓著老鼠就是好貓。而時空彎曲和萬有引力的關系也是如此,能更好地爲人類服務才是最重要的。

其實引力和時空彎曲或者引力場方程最大的區別在于,萬有引力在弱引力環境下很適用,很精確。而到了強引力環境下,萬有引力的誤差就比較大了,就必須用更精確的引力場方程了。

說白了,萬有引力定律只是時空彎曲(引力場方程)在低引力世界的近似值,而這個近似值其實是相當精確的,在我們生活的地球上,誤差微乎其微,基本上不會有任何影響。

最關鍵的是,萬有引力公式如此簡單,初中數學水平就能求解,而引力場方程太複雜了。這也是爲什麽如今統治我們生活的仍舊是萬有引力,火箭發射,衛星上天,汽車火車的行駛,用萬有引力就足夠了,沒必要用更複雜的引力場方程!

打個比方,引力場方程就相當于高等數學,而萬有引力就相當于小學數學的加減法。平時生活中買菜啥的,誰會用到高等數學呢?

不過一旦上升到宇宙的高度,尤其是研究強引力環境下的天體運動規律,萬有引力就失效了,必須用時空彎曲的概念去分析和預測!

完!

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评论列表
  • 2024-05-23 08:52

    悖論斯坦五大騙術:: ——1.蔑視自然創造反公理假說(騙),由反公理假說演繹方程(騙),號稱證明全稱假說命題(騙)。 ——2. 三流數學假裝物理,創造虛幻數學“物理概念”,破壞基本概念和認知體系。盡搞些莫名其妙的虛幻數學“時空”、虛幻數學“質量”、虛幻數學“能量”。站在不同位置賞月(三維)的是人,看昨天明天日出(四維)的是活鬼(悖論斯坦)。 ——3. 以必然有不確定性的精度攻擊確定性的引力公理,以認知進化否定絕對真理。以宏觀現象爲基礎的電磁理論描述微觀粒子電磁行爲明顯不足,以太災難不奇怪,他卻借機破壞伽利略變換(慣性系如同pi都是好用的抽象認知理想概念)! ——4. 指鹿爲馬,指馬爲鹿,“波粒二象性”,破壞認知自然的最核心根基——確定性。狗都認識自己的主人,不搞二象性。 ——5. 胡編難知,解釋稀奇,無恥于悖論(腦袋小臉皮厚)。面對稀奇未知……誠實的人啞口無言,騙子天花亂墜!………水星進動證明的大笑話:—— A.號稱公理證明是欺騙。 ——B.忽視了水星的電磁力等等影響因素(1974地外水星探測),居然弄出高精度?不是活見鬼就是見活鬼。

  • 2024-05-23 08:53

    悖論斯坦,背叛數學由公理演繹證明特稱命題的傳統,號稱證明全稱命題公設公理。以光速不變假說禍害相對速度公理,禍害絕對時空,禍害能量質量引力等物理基本概念和認知方法,以二象性禍害自然科學的核心根基——確定性。禍害數學,禍害物理,終身搞騙,禍害極大極深極廣。………是惡貫靈魂的徹底的人類公敵!!!狗屎都有用,欺騙有啥用?迷信蔑視自然的悖論斯坦,瞎搞科幻假說,人類將無法逃脫第六次地球生物大滅絕。———假說科幻騙子招搖過市,自然科學的基礎就玩完了!

  • 2024-05-23 08:53

    觀測歸納是經典物理,不確定/概率/不知道/假說/的東西也成了物理???用數學與創造假說當物理研究未知的大笑話。撒網捕魚只能是概率,魚攤買魚是計算(物理公理已知)。觀測樹上蘋果數量是確定的,猜測樹上蘋果數量當然不確定。不確定是觀測屬性,不是運動屬性。哪裏會有荒唐的測不准原理???鬼扯的光速不變,具有無窮的運動精度!胡編的測不准原理,居然與光速不變是同夥!!!創造假說宏觀微觀不同?相對速度哪有誰高誰低?笑死人。精度高低是觀測能力問題不可能是真理,也不能否定真理。自然的有無才是真。騙子當然能猜中骰子,號稱證明公理公設必然是騙!

  • 2024-05-23 08:53

    時光倒流是數學當物理的騙術!………都是毫無意義的思想實驗。8分鍾前的太陽光,幾十億年前的遙遠星光,地層中幾萬年前的琥珀蒼蠅,以及所謂的超光速觀測,。。。只是影響一些意識信息,用光(超音速)觀測雷電,用聲音觀測雷電,都不能改變雷電本身。木啥實質影響。很多是爲了欺騙。看到他媽媽兩歲的照片,宇宙就時光倒流了???

  • 2024-05-23 08:52

    引力是空間彎曲???空間對質量有力的作用???空間還知道質量的大小(穿越時間有變化)???有作用力和反作用力?空間不可入嗎???沒見過鬼,只見裝鬼。👻兩個質點靠在一起,質量引力的作用力和反作用力,空間往哪個方向彎呢?騙子知道嗎?………質量隨相對速度變化嗎?相對速度無窮多。靜質量是相對哪個速度參考系呢?各個方向相對速度不一樣,難道各個方向質量不同嗎???

  • 2024-05-23 08:52

    三維空間是觀測歸納所得公理表達,不證自明。……絕對時空是真理,相對時空是創造假說,是悖論欺騙。………數千年的絕對時空觀,被騙子斯坦創造假說禍害了(相對時空—相對論)。………任何空間位置引力場都是唯一的處處不同的不斷變化的,如何空間相對?任何相對移動都必然影響物理定律(慣性系和pi一樣都是強大的認知抽象)。意識時間有絕對順序,如何相對?改變時間方向?改變時間參考點?將古羅馬移動到未來?如何抹去遺存和記憶???演繹必須從公理出發,由相對時空悖論出發演繹出狗屎場方程狗屎造核彈方程,不是笑話是什麽???

宇宙時空探索

簡介:用通俗的語言诠釋科學