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萬有引力定律和狹義相對論

生活 更新时间:2024-07-24 20:13:16

首先,萬有引力是一種“超距作用”理論,牛頓本人對此非常關注。他在他自己的理論中也有提到:

“令人感到不可思議的是,沒有生命的物質在沒有其他媒介(不是材料)調解的情況下,在其他物質的基礎上運轉,并在不相互接觸的前提下影響它們……重力應當是與生俱來的,固有的,并且對物質來說是必不可少的。

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因此,一個物體可以通過真空在一定的距離處作用于另一個物體,它們的作用和力可以傳遞到另一個物體,且不需要其他任何事物的介入。這對我來說是如此的荒謬,以至于我相信沒有一個在哲學問題上具有思維能力的人會對它陷入思考。根據相關定理,重力一定是通某種媒介的持續影響産生的;但這個媒介究竟是物質的還是非物質的,我都需要留給我的讀者去考慮了”

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第二,萬有引力與狹義相對論是相對立的。這是在數學上的不兼容性:如果将牛頓重力方程代入狹義相對論的框架當中,就會産生矛盾。

第三,弱等效原理的概念(即所有個體,不論他們的物質組成如何,都以相同的方式對重力做出反應)具有很重要的意義,即至少在自由落體的緊鄰處,一個簡單的幾何變換就能讓它擺脫重力。

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第四,萬有引力與它的觀測現象相矛盾。愛因斯坦的三項經典引力測試包括:水星在近日點的反常進動(雖然我們已經知道廣義相對論是什麼時候誕生的,但在那個時候世界上還沒有可靠的解釋出現),由像太陽一樣的光源引起的光線彎曲(預測這将是牛頓萬有引力的兩倍價值,它将光子視為小型抛射物,這在1919年被愛丁頓的日食考察所證實),以及光的引力紅移(隻有在20世紀50年代愛因斯坦去世後才确認下來)。從那以後,許多其他的測試進一步印證了愛因斯坦的預測,其中包括精準的衛星導航,以及近年來發現的引力波。

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簡而言之,在19世紀後期,物理界已經清楚地人士在萬有引力需要一個合适的場論。一旦狹義相對論進入現實場景,人們則清楚地認識到相對論場論是十分需要的。以及最後,随着愛因斯坦開始研究廣義相對論的概念,以便将加速參考系和慣性參考系放在同一層次上研究(因此,并未有狹義、廣義等形容詞的相對論名稱在當時被擴展為廣義相對論),弱等效原理使他意識到這樣的理論必須是引力論。

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相關知識延伸閱讀

牛頓的萬有引力定律,通稱萬有引力定律,定律指出,兩個質點彼此之間相互吸引的作用力,是與它們的質量乘積成正比,并與它們之間的距離成平方反比。 萬有引力定律是由艾薩克·牛頓稱之為歸納推理的經驗觀察得出的一般物理規律。它是經典力學的一部分,是在1687年于《自然哲學的數學原理》中首次發表的,并于1687年7月5日首次出版。

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圖解:球狀星團M13證明引力場的存在。

廣義相對論是現代物理中基于相對性原理利用幾何語言描述的引力理論。該理論由阿爾伯特·愛因斯坦等人自1907年開始發展,最終在1915年基本完成。廣義相對論将經典的牛頓萬有引力定律與狹義相對論加以推廣。在廣義相對論中,引力被描述為時空的一種幾何屬性(曲率),而時空的曲率則通過愛因斯坦場方程和處于其中的物質及輻射的能量與動量聯系在一起。

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

3. forbes-七七

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