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對引力的認知是如何進化的?什麼才是真正的引力

SUNSHINEhzl發表於 2019-12-4 02:47:34
作者:科学信仰

對引力的認知是如何進化的?什麼才是真正的引力

引力是自然界中已知的四種基本力之一,其余的三種基本力分別為電磁力、強核力和弱核力。與另外三種基本力相比,引力具有兩個顯著的特點。

其一,就是引力很弱。當我們將一支筆放在桌子上的時候,這根筆會受到整個地球的引力而緊貼在桌面之上,然而,隨便一個三歲小童就可以輕而易舉將這支筆拿起來,在與整個地球的引力對抗中取得勝利。其二,就是引力的作用範圍最廣,無論是天體的運行、物體的下落,都是引力作用的結果,任何兩個具有質量的物體之間都存在著相互的引力作用,這就是萬有引力。

對引力的認知是如何進化的?什麼才是真正的引力

萬有引力是由牛頓所提出的,我們不去爭辯牛頓是如何發現萬有引力定律的,我們也不去猜測牛頓是不是真的在那個午後被樹上掉下來的隻果所砸中,我們只需要知道有一點是事實,那就是牛頓通過公式驗證了導致隻果下落的引力和天體公轉的引力是同一回事,也正是從這一刻開始,萬有引力誕生了。

牛頓的萬有引力公式不僅可以應用于日常生活,也足以應付現代航天工程的需要,但其卻並非引力的本質。無論是日常生活,還是航天工程,實際上都是處于一種弱引力場環境之下的,而在面臨強引力場的時候,萬有引力公式就顯得無能為力了。

對引力的認知是如何進化的?什麼才是真正的引力

科學家們最初發現萬有引力公式不適用于強引力場環境下,是在測定水星近日點的實際進動值時,測定的結果與萬有引力公式的計算結果出現了極大的偏差。

在很長一段時間以來,科學家們對此感到手足無措,知道愛因斯坦和廣義相對論的出現,引導了人類對引力的認知完成了進化。牛頓的萬有引力和愛因斯坦的廣義相對論對于引力的認知存在著怎樣的差別呢?首先,牛頓認為萬有引力是一種力,而愛因斯坦則認為引力並不是一種力,而是一種幾何效應。愛因斯坦認為沒有物質的空間是平直的,而物質會導致空間的彎曲。

對引力的認知是如何進化的?什麼才是真正的引力

引力的本質就是空間的彎曲,物體質量越大,所引起的空間曲率就越大,引力也就越大。

事實上證明,愛因斯坦對于引力的認知是完全正確的,通過廣義相對論的推導,愛因斯坦預言了引力紅移、引力透鏡和引力波,而這些都已經被現代科學所證實,而且根據愛因斯坦的公式所計算的水星近日點的實際進動值也十分精確。

也正是因為引力的本質是一種幾何效應,所以才顯得與其它三種基本力格格不入。其次,牛頓認為引力的作用是瞬時的,而愛因斯坦認為引力的傳導同樣需要時間,而這個時間就是光速。

對引力的認知是如何進化的?什麼才是真正的引力

太陽光傳到地球大約需要8分鐘的時間,而引力也是如此,如果太陽突然消失,地球仍會保持正常的公轉,直到8分鐘以後才會因為引力的消失而停止,引力的傳導速度等同于光速,同樣已經被現代科學所證實。

€€當然,牛頓的萬有引力理論並沒有錯,如果說愛因斯坦的廣義相對論描述的引力的本質,那麼牛頓的萬有引力就是廣義相對論在弱引力場環境下的一種近似理論,而且我們也已經說過了,牛頓的萬有引力公式即使應用于航天工程領域仍然已經足夠精確了。而從另外一個角度來說,無論是廣義相對論,還是萬有引力,都不能稱之為對引力的終極描述。因為宇宙的終極理論必須能夠將四種基本力相統一,這也就是科學家夢想中的統一場理論。

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