看待任何問題,都不能只憑一句話就得出結論,這很容易導致誤解,片面認識事物本身,甚至完全歪曲事物的本質。 要結合前後的語境,尤其是當時的社會背景來理解句子的真正含義,否則很容易斷章取義。
首先,阿爾伯特·愛因斯坦(Albert Einstein)說過這樣的話”。萬有引力不存在“是這樣嗎?
它確實說過。 當然,如果你必須提高標準,“你聽到愛因斯坦親耳說過嗎? 那我就無話可說了。
但是,我們不能僅僅因為愛因斯坦說“萬有引力不存在”,就完全“放任自流”,認為牛頓的萬有引力理論是完全錯誤的,甚至否定牛頓提出的所有理論。
當然,這是不可取的,我們需要了解愛因斯坦說“引力不存在”這句話的背景,以及他為什麼這麼說。
讓我們詳細看看時代背景,從牛頓時代開始。
我們都知道,300多年前,牛頓在克卜勒、伽利略等巨人的“肩膀”上提出了萬有引力的偉大理論,認為宇宙萬物之間都會產生萬有引力,引力的大小與質量成正比,與距離的平方成反比。
當時的牛頓認為重力是一種遠距離動作,可以是瞬時的,也就是說,重力的傳播不需要任何時間,是瞬時的。
牛頓的萬有引力理論確實可以很好地解釋宇宙中萬物的執行。 然而,萬有引力理論也有乙個致命的“弱點”:無處不在的引力究竟是如何傳遞的?
根據萬有引力理論,兩個相距很遠的物體之間存在著萬有引力,但是兩個物體之間的萬有引力是如何跨越時空相互傳遞的呢?
牛頓當然知道他的萬有引力理論是有缺陷的,他無法解釋萬有引力是如何傳遞的,萬有引力是如何產生的。 但以牛頓那個時代的科學知識水平,這個問題對他來說有點困難。 牛頓是偉大的,但乙個人再偉大,也逃不掉時代的束縛,任何時代都一定有侷限性,沒有人能突破這些侷限性。
幾百年後,這個問題留給了另乙個同樣偉大的人物,他就是阿爾伯特·愛因斯坦。
阿爾伯特·愛因斯坦還思考了引力的起源以及為什麼會有引力這樣的力。
然而,愛因斯坦在完全不同的層面上思考這個問題,不是從引力本身,而是從引申而來時空的屬性。
1915年,阿爾伯特·愛因斯坦提出了偉大的廣義相對論,該理論根據時空曲率定義了引力的性質。 也就是說,引力實際上只是時空曲率的表現,重力也不是超距離效應。 當然,你也可以認為引力是不存在的,它只是時空曲率的外在表現。
根據廣義相對論的解釋,時空本身是很有彈性的,時空中任何物體的運動都會對周圍的時空產生不同程度的影響,就像我們把石頭扔進池塘裡一樣,池塘裡的水會產生漣漪或漩渦,自然會影響池塘裡的物體。
此外,任何物體,無論其質量如何,都會對周圍的時空結構產生影響,但程度不同。
物體對時空的擾動會自然形成“時間陷阱”或“時間漩渦”。,也就是時空畸變,而這種畸變當然也會影響到周圍的物體,導致周圍的物體朝著“時空下沉或漩渦”的方向移動,這就是重力。
換句話說,宇宙中的一切都實際上是沿著彎曲的時空進行的。測地線“運動,即所謂的測地線,是四維時空中最短的距離,也是四維時空中的”直線“距離,但從三維角度看是彎曲的。
然而,只有大質量天體引起的時空曲率才會更明顯,質量較小的天體對時空的曲率程度非常微弱,難以表現出來。
說到時空彎曲,這裡需要強調的是,在網路上描述時空彎曲時,會以“彈簧床向下彎曲”的形式來描述,其實這種描述方式並不嚴謹,因為空間上沒有“上下”的概念,時空彎曲當然不知道如何“向下”彎曲。
實際上時空的完整方向是朝向物體質心的方向,而不是“向下”。 當然,網路上的示意圖更像是一種描述時空曲率的流行方式,這對我們來說更方便理解,但很多時候流行往往意味著不那麼嚴謹。
那麼問題來了,既然萬有引力的本質是時空的曲率,也就是說,萬有引力實際上並不存在,為什麼牛頓的萬有引力理論沒有被淘汰呢? 即使是現在,支配我們生活的是引力理論,而不是相對論?
原因很簡單,雖然科學是一門非常嚴謹的學科,但科學最終是為人類服務的,這意味著嚴謹並不是人們最看重的實用性更強大是人們看重的東西。
一般來說,不管是黑貓還是白貓,抓老鼠都是好貓。
與愛因斯坦廣義相對論體系的引力場方程相比,牛頓的萬有引力理論實際上是一種近似,是引力場方程在低重力情況下的特例和近似。 也就是說,引力可以解釋的,引力場方程也可以解釋,而引力不能解釋的,廣義相對論和引力場方程也可以解釋,比如水星的進動問題,萬有引力理論不能解釋,但是可以很好地用時空曲率來解釋。
但不要以為引力作為近似值是無用的:當引力場有更精確的方程時,為什麼要使用不太精確的萬有引力定律呢?
正如我剛才所說,科學已經進入了人類的生活,它更加實用,萬有引力理論的實用性遠勝於時空的彎曲。 說白了,雖然引力只是時空曲率的近似值,但誤差可以忽略不計,根本不會對我們的日常生活產生任何影響。
更重要的是,牛頓的萬有引力方程非常簡單,你可以在初中數學水平上理解和計算它。
另一方面,廣義相對論體系下的引力場方程是乙個二階非線性偏微分方程組,這個方程的求解是相當困難的,就連愛因斯坦本人也通過許多近似方法從引力場方程中做出了許多預測。
類比用於理解引力和引力場方程之間的區別。
你買了一袋20斤的大公尺,想把大公尺搬到你家,你的房子在6樓,沒有電梯,你會怎麼做?
只要20斤大公尺,任何乙個大人都應該選擇自己扛到6樓,當然,你也可以請別人扛,無非就是花點錢,總之,你會選擇用人直接扛。
但是,如果你用一台超大的起重機把那袋大公尺直接吊到6樓呢?
當然,從理論上講,這是可能的,但這涉及到實用性問題:現實中誰會用起重機攜帶一袋 20 公斤的大公尺?
選擇萬有引力,就像選擇用人背著,萬有引力場方程就相當於那台巨大的起重機。 使用起重機看起來比較輕鬆,但實際上不太可行,會帶來更多的麻煩,這是完全沒有必要的。
這就是為什麼不是廣義相對論,不是時空曲率,而是牛頓提出的萬有引力定律支配著我們今天的日常生活。
例如,火箭發射,各種衛星和探測器發射,使用的理論是萬有引力理論,對於火星衛星的發射來說,這已經足夠精確了。 這個微不足道的錯誤甚至比不上你打噴嚏對火箭發射的影響!
當然,這並不是說愛因斯坦的廣義相對論毫無用處,而只是意味著在我們地球這個狹小的空間裡,廣義相對論的“英雄”根本就沒有用,它的用處就在那裡太空是浩瀚的宇宙。人類最終將離開地球,飛向浩瀚的太空,那一天將是廣義相對論統治的時代。
相對論最典型的用途是衛星定位系統。 由於導航衛星通常在距離地面20,000公里以上的太空中,因此速度可以達到140,000公里。
在狹義相對論中,速度越快,時間越慢,衛星上的時間每天比地面上的時間慢7微秒。
從廣義相對論的角度來看,衛星在天空中的引力更小,時間會更快,每天比地面時間快45微秒左右。
加起來,衛星的時間比每天在地面上的時間還要快38 微秒周圍。 一秒相當於一百萬微秒,38微秒是很短的時間,但不要小看這麼短的時間,如果你不糾正衛星上的時間,每天累積的誤差很可能讓導航系統直接把你導航到溝裡!
總結
在這一點上,我們應該理解為什麼愛因斯坦說“萬有引力不存在”,愛因斯坦只是描述了萬有引力的本質,這樣我們才能更準確地理解世界的規律。
事實上,時空彎曲可能不是最準確的,時空彎曲的解釋並不是終極真理,愛因斯坦也沒有解釋為什麼時空會彎曲,這個問題自然留給了下乙個偉大的物理學家!
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