爱因斯坦:引力本质是时空弯曲,是否意味着牛顿的万有引力错了?

路昭观看科技 2025-01-15 00:55:53

万物皆有引力,这是自然界的普遍规律,也是我们每日稳立之地的物理原理。然而,对于这无所不在的力,人们似乎习以为常,鲜有深入探讨。

想象一下,倘若你穿越至遥远的古代,向那时的居民询问“为何苹果未曾升空而总往地面坠落?”他们或许会把你当作疯人,急急送往治疗地。

但科学的诸多发现,往往源自于“异于常人”的思维。诸如牛顿,就是那位深究“苹果落地”之谜的智者,这一探索推动了他对引力的深度思考。虽然“苹果落地”仅是一则传说,并非牛顿因见苹果落地而即刻悟出万有引力定律,其背后的艰辛与前人的积累是不容忽视的。若无伽利略、开普勒等前辈的努力,及牛顿本身对物理的洞察,就算天空不断有苹果砸下,也难以催生万有引力理论。

历史上曾有多少人被各种物件击中?不可胜数。但又有几人会思考“物件为何总坠落,而非上升飞走”?普通人的反应,往往是愤怒和抱怨。毕竟,这才符合常理,只有“异类”才会有不同寻常的反应。

然而,当牛顿创立引力理论,其名声大噪,万有引力定律也在科学界占据了数百年的主导地位。引力理论似乎无所不包,无所不能,被物理学界尊为至宝,这彰显了牛顿的不凡之处。

然而,万有引力定律始终存在一个致命缺陷,牛顿自己亦明了:引力究竟如何产生?世间万物为何会相互吸引?

牛顿亦对此进行了深入的研究,但未有成果。在当时的历史背景下,我们不能过分要求牛顿对引力的本质有明确定义,毕竟每个时代都有其不可逾越的局限性,即便是伟人也不能摆脱这些束缚。

于是,这一难题被留给了另一位天才物理学家,爱因斯坦。

1915年,爱因斯坦在相对论基础上,结合等效原理与广义相对性原理,提出了震撼世界的广义相对论。

等效原理指出,引力质量与惯性质量无异,引力与惯性力等价,由此将狭义相对论中的惯性系拓展至所有参考系。

而在广义相对论诞生之前,爱因斯坦已深入研究了微分几何学,这是一个研究弯曲空间的数学工具。

爱因斯坦揭示了物体质量所携带的能量,可导致其周围空间发生弯曲变形,甚至扭曲时间。在这种时空中,传统的欧几里得几何学不再适用,需要全新的思维和数学工具来处理弯曲时空问题,即闵氏几何,描述的是包含时间在内的四维时空。

广义相对论将引力本质定义为时空弯曲。换言之,所谓的引力不过是时空弯曲的表象。爱因斯坦利用引力场方程来描述引力场的时空几何量,这是一个高度复杂的二阶非线性偏微分方程组。

引力场方程复杂难解,即便是爱因斯坦,也只能用近似方法从中得出诸多预言。

然而,实际观测表明,引力场方程的预测精度远超万有引力定律。换言之,万有引力能解释的,引力场方程同样能解释;万有引力不能解释的,引力场方程也能应对。

有若干现象可以证明这一点。

例如,水星轨道的进动问题。

1859年,天文学家勒威耶在用万有引力计算水星轨道时发现了一个微小的差异:水星在近日点的实际进动值略快于理论计算值。尽管每100年仅快38角秒,但这个微小的差异引起了他的注意。

然而,勒威耶并未质疑万有引力,毕竟当时物理学界早已将其视为“至理”,他反而怀疑在太阳和水星之间存在另一未知行星,影响了水星的轨道。尽管此后天文学家未能找到这一假想行星。

当他们将水星和太阳的参数代入引力场方程,准确计算出38角秒这一数值时,证明了观测结果与引力场方程的预测一致。

再如,光线经过大质量天体附近时会发生弯曲,即“引力透镜效应”。光线会沿着被天体质量弯曲的时空路径传播,产生透镜效应。

还有,引力红移。光线从引力场逃逸时会损失能量,波长变长,产生引力红移,这是爱因斯坦质能方程和广义相对论的又一预言。

最为关键的是引力波。在万有引力体系中,引力波无从解释,而在广义相对论中,引力波作为时空涟漪得以预测。通常只有中子星或黑洞碰撞才会产生明显引力波,但由于距离遥远,传到地球的引力波信号极其微弱。因此,只有足够灵敏的探测器才能捕捉到引力波的存在。

2015年,激光干涉引力波天文台终于侦测到由遥远天体碰撞产生的引力波,此后又多次捕捉到黑洞碰撞产生的引力波,验证了爱因斯坦的时空弯曲理论。

广义相对论还作出了许多其他预言,如黑洞、奇点、事件视界,以及引力导致时间变慢等,这些也相继被科学界验证。

现在问题来了,既然时空弯曲的概念如此精确有用,那牛顿的万有引力定律是否错误?为何不以时空弯曲理论完全取代万有引力呢?

科学,虽然严密,但最终须服务于人类。正如俗语所说:“黑猫白猫,抓到老鼠就是好猫。”时空弯曲与万有引力之间亦是如此,哪一种理论能更好地服务人类,哪一种理论就更为重要。

引力与时空弯曲或引力场方程的主要区别在于,万有引力在弱引力环境中非常精确,但在强引力环境中则误差较大,需采用更精确的引力场方程。

简而言之,万有引力定律不过是时空弯曲(引力场方程)在低引力世界中的一个近似值,而这个近似值在地球上的误差几乎可以忽略不计,对日常生活影响甚微。

而且,万有引力公式简单易懂,初中数学水平即可求解,而引力场方程则复杂难解。这就是为何至今万有引力仍统治着我们的生活——火箭发射、卫星上天、汽车火车行驶,用万有引力已绰绰有余,无需引入复杂的引力场方程。

例如,引力场方程犹如高等数学,而万有引力则相当于小学数学中的加减法。在日常生活买菜购物时,我们自然无需动用高等数学。

但若上升至宇宙尺度,尤其是研究强引力环境下的天体运动,万有引力就显得力不从心,我们必须借助时空弯曲的理论去分析和预测。

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评论列表
  • 2025-01-17 06:50

    牛顿研究上帝神学,是敬畏信任自然,希望自然哲学与上帝协调一致。牛顿归纳万有引力是只能如此理解(公设),不知道为什么有引力而且确定明天还有???这种人类认知自然的极限困惑(任何不变真理没有原因),成了悖论斯坦的搞骗技巧。居然有人贬低嘲笑牛顿。………自然绝对诚实有确定性/自然宿命/决定论,有复杂性::意识可以作用于人体(物质),对自然宿命具有广泛扰动。万物普遍联系持续发展,宿命复杂现象有观测困难的不确定性(水往低处流隐藏了万有引力)。修水坝不是改变自然宿命/法则,是意识作用下重复不变法则演绎新的自然现象。———🍎信任自然/唯物主义(观测确定树上苹果数量,不是唯心主义/假说猜测确定树上苹果数量),观测归纳(必要充分真实)认知自然/真理,有了真理才有“因果思维”演绎论证推理,从来如此,只能如此,是人类生存和科学的唯一根本。………所有自然规律都是对过去自然现象的观测归纳,为什么这些规律在未来还是那样?没人知道(科学尽头),不知为不知也!信任自然/唯物主义的信念(观测归纳)是根本,假说诠释自然搞骗是祸害!!将绝对诚实的自然想象成上帝或神,是一种敬畏自然的信仰罢了。

  • 2025-01-17 06:51

    ❌质能方程是一个鬼把戏!!!———能量的具体内涵是动能和势能,是物理公理规定的物理概念。物质质量是其不变的内在本质,能量(动能和势能)都是物质相互作用和相对运动变化的度量(质量不变),是变化现象。能量不是物质的本质,咋能与孤立质量等效???场无质量居然有能量?………数学(包括逻辑)都是基于物理公理的演绎,超越物理公理的数学能量理解当然是虚幻(1+1=2是自然哲学/物理公理,牛顿定义自然哲学公理作为数学原理)。………🍎🍎物质的本质是带电质量体,物质不灭,电荷守恒,电磁力与万有引力统一于物质的不变本质。能量,力,场,波等宇宙一切自然现象,都是物质/粒子相互作用相对运动的变化现象,没必要搞虚幻,搞虚幻是祸害。号称物质是波/波是物质/物质是能量,都是搞骗。质能等效是脱离基本公理的数学虚幻,欺师灭祖&蔑视自然,祸害基本概念和认知方法。———有人知道悖论斯坦的狗屁能量内涵是啥吗???狗屎核弹方程是如何应用的???………有趣的是木星象太阳一样自发光,它们的大气也相似。木星是裂变发光还是聚变发光??木星大气中的氦和氢有没有可能是裂变反应释放的???

  • 2025-01-21 08:18

    万有力与电磁力的统一是:物体(粒子、星球)之间不但有引力还有斥力,二者相互依存、相互转换,都是电磁波力。中子、原子是带电的,物体是带电的。物体内外都有变化的电参数,还有变化的机械参数。能解释太多的现象,包括人类社会现象。宇宙、地球、动植物是个大化工厂。 真空有电流

  • 2025-01-17 06:51

    ⭕️时光倒流是数学当物理的骗术!8分钟前的太阳光,几十亿年前的琥珀苍蝇……人有意识记忆先后/物质没有位置速度先后(时间)!!用光观测雷电(来的快),声音观测雷电(有滞后),都不能改变雷电本身。绝对空间处处不同,钟摆移到月球变慢了,时间定义不变,谁的时光倒流了??时光倒流动作回退?悖论斯坦跳楼摔不死,要往天上飘?❌号称应用相对论修正GPS原子钟的笑话: 狭义让钟变慢,广义让钟变快,关键是反复修正还是不行(误差90%)!详见论文“部分相对论效应对北斗原子钟性能影响分析” ⭕️ 时间是意识记忆先后多少的真实感觉。少年记忆增长多感觉时间多/慢,老年相反!为了观测和思考表达 ,抽象理想化定义(固定不变)时间,如同数字1等公设定义,源自观测经验,不是假说,不是现象真,用于表达现象真。意识记忆/走马灯先后多少的真实感觉不是虚幻,没有记忆就无法观测时间和运动变化。记忆有绝对顺序(不回退倒流)是绝对时间,观测时刻就是现在,时间流动的感觉就是意识记忆在发生。⭕️绝对时空/相对速度清清楚楚无法改变,相对时空是数学虚幻,装神弄鬼白日做梦,只能是近似。宇宙时时处处可放羊???当然是鬼把戏。

  • 2025-01-17 06:55

    1974地外水星探测发现了水星磁场,显然水星进动计算的精度是不可能高的。哪里冒出来的宏观微观不同??高速低速不同??

  • 2025-01-17 06:50

    ⭕️⭕️不是空间弯曲是道德弯曲。 ——引力是空间弯曲?力是普遍的物质相互作用,空间弯曲是相互作用吗?质量体弯曲了空间又反作用/自己干自己,惯性运动完蛋了!弯曲影响运动还是影响受力?弯曲导致空间移动/空间跑掉了?速度是多少??如何观测?弯曲空间欺负质量/平直空间是好人?空间如何知道材料密度差异?骗子改变汽车的运动是用力不用空间弯曲?空间弯曲能弯住升空气球吗?体积太大会被空间卡死吗?无中生有活见鬼!不知为不知不好吗??❌绝对时空是不变的真理,支撑了几何学与微积分/可微可积,不均匀弯曲时空能积分?面积与面积能等效吗?……人人可知空间静止可入,对物体没有任何作用。他居然胡编人人不知的空间弯曲当真理,胡编人人可知的时间是虚幻,完全是道德弯曲,丧心病狂!………质量随相对速度变化,笑死人😄!相对速度无穷多,哪有高速低速之分?静质量是相对哪个速度参考系呢?各个方向质量不同吗?………苏格拉底说,真理是唯一的(只能来自观测归纳),(假)因果关系/诠释无穷多(诠释解释无穷多都是辩证法/号称真理当然是骗)。❌不要搞道德弯曲,绝对空间的非惯性系变化及其观测才是真正的航天问题。

  • 2025-01-17 06:51

    真理从来都是简单的,不证自明的(不变现象),无法证明的(全称命题/可证伪)。古希腊哲学对真理(科学知识)的理解——真理是不变的现象。地球上流水现象千变万化,水往低处流现象不变,如同太阳东升西落现象不变,都是有用的知识/确定性/知道。物质不灭,能量守恒,电荷守恒,1+1=2,绝对时空,相对速度,……都是不变的普遍现象。居然有人号称人人不知的空间弯曲是真理,还胡编人人可知的时间是虚幻!!当然都是缺德笑话。几何学与微积分方法符合绝对时空/可微可积,弯曲不均匀空间可积分吗?面积与面积等效吗?科学/哲学追求确定性(知道)是生存的必须,鼓吹不确定是鬼迷心窍❌,科学不是假说证明不是解释稀奇是观测归纳。所有物质100%由带电质量体/粒子构成(不变现象,本质),电子质子结合成中子,正负光子结合成中微子。……不显电性的中子,中微子,穿透材料/等离子体/微观电磁结构的能力强大,中微子极其微小,必然是穿透物质材料的冠军——惯性运动天才。电子质子光子都带电,穿透力当然不行。——物体材料边缘亚原子尺度正负电场密集分布,带电光子电子受引力斥力作用,分裂成双缝干涉条纹,边缘衍射条纹,奇怪吗???

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