解读万有引力的前世今生,来看爱因斯坦如何诠释引力的本质


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解读万有引力的前世今生,来看爱因斯坦如何诠释引力的本质


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引力 , 让我们可以站在地球上 。 万物之间都有引力 , 但就是这个在我们身边无处不在的引力现象 , 科学家们也是经过很长时间才发现的 。
如今我们知道牛顿发现了万有引力 , 但在牛顿之前 , 有几位伟大的科学家为牛顿发现万有引力打下了坚实的基础 。 也难怪牛顿会发出这样的感叹:我站在巨人的肩膀上 , 所以才会看得更远 。
这些巨人都有谁呢?

让我们从哥白尼说起 。 我们都知道哥白尼提出了日心说 , 结果被宗教界判定为“大逆不道 , 违背了上天的旨意” , 被活活烧死 。
后来布鲁诺继承了个哥白尼的日心说 , 同时还更进一步 , 他认为我们的宇宙是无限大的 , 而太阳只不过是其中非常普通的一颗恒星而已 。
布鲁诺的言论里透出出“地球和太阳非常渺小”的思想 , 让当时的罗马教廷勃然大怒 , 最后像他前辈哥白尼一样 , 同样被烧死 。
宗教界的残酷并没有阻挡科学的发展 。 之后的天文学家开普勒继承了前辈们的发现 , 通过自己的不断研究 , 提出了著名了开普勒三大定律(这里不再详述) , 这三大定律成为牛顿提出万有引力定律公式的基础 。

还有一个非常重要的人物 , 他就是伽利略 。 伽利非常善于观察总结 , 他发现 , 一个物体在没有受外力的情况下(或者说合力为零) , 总是会保持原有的状态不变 , 总会保持静止或者匀速直线运动 。 其实这既是惯性定律 , 只不过当时没有被提出来而已 。
在前辈们的各种发现的基础上 , 牛顿提出了著名了万有引力定律 。
牛顿这样思考问题 , 地球并没有做匀速直线运动 , 这说明一定有外力作用于地球 , 到底是什么力呢?

或许真的是受到苹果落地的启发 , 让牛顿豁然开朗 , 终于提出了万有引力定律 , 是太阳给了地球一种力 。
太阳和地球之间就好像有一个隐形的绳子一样 , 太阳拉拽着地球 , 之所以地球没有坠落到太阳上 , 是因为地球的速度很快 , 有一个切线速度 , 于是围绕太阳运动 。
同时 , 利用开普勒定律 , 牛顿提出了万有引力公式 。

万有引力是伟大的发现 , 如今万有引力定律依旧统治着人类生活 , 人类发射的火箭 , 卫星 , 空间站等 , 都是万有引力定律的实际应用 。
但牛顿并没有解决一个更深层的问题:引力到底是如何产生的?也就是说 , 太阳为什么会吸引地球呢?
在人们的日常生活中 , 我们很容易发现 , 力的作用必须依靠某些物质 , 也就是说 , 力的传播是需要介质的 , 那么引力传播的介质是什么呢?
当时的科学家们找不到引力的介质 , 于是提出了一个假想的概念“以太” , 以太存在宇宙的每个角落 , 也是引力的传播介质 。
以太的概念确实也推动了科学的发展 , 但随着科学的不断发展 , 以太的概念显得有些落伍了 , 科学家不但找不到任何以太存在的证据 , 反而会带来更多的麻烦 。

秉承“奥卡姆剃刀原理”的“如无必要勿增实体”的思想 , 爱因斯坦把“以太”咔嚓掉了 , 提出一种全新观点 。

爱因斯坦认为 , 所谓的引力只是表象而已 , 引力的本质其实是时空弯曲 , 也就是说引力其实是不存在的 。
大质量天体可以造成周围时空弯曲 , 而周围的天体(比如说地球)能感知到这种时空弯曲 , 然后沿着弯曲的时空做测地线运动 , 体现出来的就是引力 。

当然 , 所谓的时空弯曲并不是像示意图那样的“向下”弯曲 , 而是朝向物体的质心 。 示意图是为了更通俗地解释 , 更方便我们理解 , 并不严谨 , 更严谨的应该是以下的弯曲方式:

【解读万有引力的前世今生,来看爱因斯坦如何诠释引力的本质】虽然爱因斯坦的广义相对论诠释了引力的本质 , 但日常生活中我们并不会把万有引力剔除掉 , 因为在我们生活的世界里 , 万有引力定律已经足够精确了 , 没有必要用更精确但相对复杂的广义相对论 , 我们生活在一个低速低引力的宏观世界 。

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