2025-01-08
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對任何議題做出評判,切忌僅憑一句話輕率決定,以免誤解真相,造成對事態(tài)的偏頗認知,乃至徹底扭曲了事情的本質。我們必須審視一句話產生的前因后果,特別是背后的社會環(huán)境,以便掌握該語句的真正含義,否則便會輕易地斷章取義。
然而,我們不能因此而輕率地認為牛頓所提出的萬有引力理論徹底錯誤,甚至廢棄牛頓所提出的一切理論。
這顯然并非明智之舉,我們需要探究愛因斯坦是在何種背景下說出“引力不存在”的言論,并了解背后的原因。
眾所周知,三百多年前,牛頓在前人的研究成果之上,提出了著名的萬有引力理論,認為宇宙間所有物質都存在引力作用,其大小與物體的質量成正比,與距離的平方成反比。
當時,牛頓認為,引力是一種即時作用力,即物體間無需時間傳遞即可互相影響。
牛頓的萬有引力理論在解釋宇宙物體運動上非常有效。然而,理論本身也有其致命弱點:無所不在的引力是如何傳遞的?
根據(jù)萬有引力理論,哪怕是相隔甚遠的兩個物體,它們之間也存在引力作用,但引力是如何跨越空間和時間影響對方的呢?
牛頓當然意識到其理論的缺陷,他無法解釋引力如何傳遞,以及萬有引力的真正來源。但受限于當時的科學認知,這個問題對牛頓來說過于高深。牛頓雖是偉人,但同樣無法擺脫時代局限,任何時代均有其限制,任何人都難以超越。
然而,愛因斯坦的思考層次與眾不同,他并未從引力本身入手,而是深入到時空特性的探討。
1915年,愛因斯坦提出了著名的廣義相對論,用時空彎曲解釋了引力的本質。換言之,引力不過是時空彎曲的外在表現(xiàn),引力并非即時作用力。因此,你也可以認為引力實際上并不存在,它僅是時空彎曲的反映。
根據(jù)廣義相對論,時空具有彈性,物體的運動會改變其周圍的時空結構,猶如一塊石頭落入池塘,池塘水面的漣漪或漩渦會影響水中物體的運動。
此外,任何物體,無論質量大小,都會影響其周圍的時空結構,只是影響程度不同而已。
物體對時空的擾動會形成“時空陷阱”或“時空漩渦”,即時空彎曲。這種彎曲自然會影響周圍物體的運動,使它們朝向“時空陷阱或旋渦”方向移動,這就是引力。
因此,宇宙萬物實際上都在沿著彎曲的時空做“測地線”運動,即四維時空中的最短路徑,也是四維時空中的“直線”,但在三維空間看來是彎曲的。
只是,大質量天體所造成的時空彎曲更為明顯,而質量較小的物體造成的彎曲則很微弱,不易察覺。
提及時空彎曲,這里有必要強調,網(wǎng)絡上描述時空彎曲時通常將其比喻為“彈簧床向下彎曲”,這種表述并不嚴謹,因為在太空中并不存在“上下”之分,時空彎曲自然不會“向下”彎曲。
實際上,時空的彎曲方向是朝向物體的質量中心,而不是“向下”。網(wǎng)絡上的示意圖更多是為了通俗易懂,幫助我們理解,但往往通俗意味著不夠嚴謹。
那么,既然引力的本質是時空彎曲,引力似乎并不存在,為何牛頓的萬有引力理論至今仍被廣泛使用,而非被相對論所取代?
原因很簡單,盡管科學追求嚴謹,但科學最終是為人類服務的,因此,人們更重視其實用性而非純科學的嚴謹性。
與愛因斯坦的引力場方程相比,牛頓的萬有引力理論實際上是近似值,是在低引力條件下引力場方程的特例和近似值。也就是說,萬有引力能解釋的,引力場方程也能解釋,而萬有引力不能解釋的,廣義相對論和引力場方程也能解決,例如水星進動問題,萬有引力理論無法解釋,但用時空彎曲就能清楚地說明。
然而,這并不意味著作為近似值的萬有引力理論毫無價值:既然有了更精確的引力場方程,為何還要使用不太精確的萬有引力定律呢?
答案在于科學的實用性,萬有引力理論在實際應用中的實用性遠超時空彎曲。換句話說,盡管萬有引力只是時空彎曲的近似值,但其誤差微小,對我們的日常生活沒有任何影響。
更重要的是,牛頓的萬有引力方程非常簡單,僅需初中數(shù)學知識就能理解和計算。
相比之下,廣義相對論體系下的引力場方程是一個二階非線性偏微分方程組,求解極為困難,即使是愛因斯坦本人,也只能通過很多近似方法從中得出一些預測。
假設你買了一袋20斤的大米,需要將其搬至6樓的家中,沒有電梯,你會怎么做?
面對這樣的情況,任何人都會選擇直接背上去,或者花錢請人背,總之,你會選擇直接背上去。
選擇萬有引力就像直接用人背,而引力場方程則如同那臺巨大的吊車。雖然吊車看似更省力,但在現(xiàn)實中并不實用,反而會帶來更多問題,完全沒有必要。
因此,至今主導我們日常生活的仍是牛頓提出的萬有引力定律,而非時空彎曲,這并不是說廣義相對論沒有用武之地,只是在我們所處的狹小空間內,還不需動用廣義相對論這把“大刀”。廣義相對論的應用主要在太空和宇宙領域,當人類離開地球,飛向廣闊的宇宙時,那便是廣義相對論真正發(fā)揮作用的時刻。
相對論的一個典型應用是衛(wèi)星定位系統(tǒng)。導航衛(wèi)星通常位于距地面2萬多公里的太空,速度可達1.4萬公里/小時。
從狹義相對論來看,速度越快,時間越慢,衛(wèi)星上的時間比地面時間每天慢7微秒。
從廣義相對論的角度看,衛(wèi)星受到的引力較小,時間過得更快,衛(wèi)星上的時間比地面時間每天快45微秒左右。
綜合來看,衛(wèi)星的時間每天比地面時間快38微秒左右。一秒等于一百萬微秒,38微秒看似短暫,但忽視這微小的時間差異,導航系統(tǒng)的誤差可能會將你引導至錯誤的地點。
由此,我們應當理解愛因斯坦為何會說“引力實際上不存在”這句話,他僅僅是闡述了引力的本質,使我們能更精確地了解世界的運作。
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