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引力産生的本質是什麼

生活 更新时间:2024-11-24 16:34:30

這個故事很多人都聽說過:牛頓研究蘋果落地。

1655年的某一天,一個年輕人坐在蘋果樹下,突然一個蘋果從樹上落下,這個再平常不過的短短幾秒鐘的動作,在我們看來沒什麼大不了。

但是那個年輕人對蘋果為什麼會落地進行了深入思考,進而勾勒出了宏大的宇宙圖景,進行大膽猜測,萬有引力呼之欲出。

引力産生的本質是什麼(引力的本質到底是什麼)1

這個年輕人就是牛頓。

當然,故事是否是真的已經不再重要,牛頓也不可能單憑蘋果落地就能發現萬有引力,那隻是促使他進行深入思考的靈感而已。

萬有引力定律提出了幾百年,如今仍然統治着我們的日常生活。萬有引力定律可謂上天入地,可以讓火箭升天,也可以上潛艇入水,更能讓我們穩穩地站在地面上。

但是在這偉大的背後有一個尴尬的秘密:萬有引力到底是如何發生的?

牛頓當然想知道引力發生的本質,但受制于時代的局限性,牛頓時代幾乎不可能完成整個艱巨的任務。之後的幾百年裡,科學家對這個問題也是避而不談,非常滿足于牛頓的萬有引力定律。

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而兩百多年之後,瑞士專利局裡一個小小的職員改變了這一切,基于對光的本質進行的深入思考,引領着他揭開引力的本質。

這個小小的職員就是偉大的愛因斯坦。

當年僅僅20多歲的愛因斯坦就有驚人的發現:光速是宇宙速度極限,沒有任何物體的速度能超越光速。

而問題就在于,“光速是宇宙速度極限”與牛頓經典力學發生了沖突,什麼樣的沖突呢?

第一,牛頓認為引力的作用是瞬時傳播的,不需要任何時間。但是愛因斯坦認為,光速是宇宙速度極限,包括信息在内的任何東西速度都不會超過光速。

第二,按照牛頓經典力學诠釋,給一個物體持續施加力,物體就會一直加速,隻要時間足夠長,物體的速度就會超越光速。顯然這與“光速是宇宙速度極限”相悖。

可以看出,愛因斯坦描述出了一幅全新的宇宙圖景,在圖景中引力也無法超越光速,引力的傳播也需要時間。

接下來愛因斯坦深入思考了時間和空間的奧秘,提出了全新的“四維時空”概念,認為時空結構并不是絕對不變的,而是相對的。時空結構就像彈性布料那樣具有彈性,可以被拉伸,彎曲,折疊,甚至被撕裂。

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而引力的本質就是時空彎曲,萬物沿着被彎曲的時空做測地線運動,就如同彈性蹦床那樣,物體感受到彎曲的時候,表現出來的就是引力。

當然,用彈性布料或者蹦床描述時空彎曲并不嚴謹,隻是通俗的方式。因為宇宙中并不存在上下之分,時空彎曲的方向是物體的質心,而物體運動的同時也會拉拽着時空一起運動:

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愛因斯坦用廣義相對論揭示了引力的本質,向我們描述了一個完全颠覆傳統的時空概念。

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