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引力和时空弯曲之间有着什么样的关系?

2019-09-10  |  科学黑洞 原创 收藏(1)  | 

引力和时空弯曲在某种意义上来说等同于相同的概念,引力作为四大基本作用力之一被牛顿发现。先不说故事真假,牛顿认为苹果熟透落在地面之上和月球“漂浮”在天空之上的力是相同性质的力,也就是万有引力。牛顿也给出了引力的计算公式,大家最早接触这个公式是在高中的物理课堂之上,引力和两个物体之间的距离平方成反比,物体乘积成正比,再乘上引力常数就是引力的计算公式

但是牛顿并没有从本质上解释引力,牛顿认为时空是绝对的,引力是超距作用的。怎么理解这个超距作用?举一个简单的例子:日地系统地球在引力作用下绕着太阳公转,按照牛顿万有引力公式可以看到,如果太阳瞬间消失的话,那么地球就会瞬间失去引力的作用而脱离原有轨道。

这种超距作用可是爱因斯坦最不喜欢的,因为光速不变不可超越,目前的超光速被公认的只有宇宙膨胀速度和量子纠缠速度。爱因斯坦在1915年把引力加入自己的理论之中提出了广义相对论,其核心就是时空弯曲。爱因斯坦从本质上解释了引力,因为引力是时空弯曲的外在表现。因为质量和能量的存在会使时空发生弯曲,而物质就在这弯曲的时空中运动。简单的理解就是:质量高速时空如何弯曲,弯曲的时空高速质量如何运动。

在这里也就解释了通了引力和时空弯曲之间的关系,两种不同的说法而已。而广义相对论对于引力的解释更接近于其本质,用广义相对论研究水星进动问题比牛顿定律研究水星进动问题更接近于实际测量,但依然存在误差。

可以说爱因斯坦的相对论提出,几乎对牛顿定律的所有公式都进行了修正,在低速世界中牛顿定律都适用,但是高速世界中用牛顿定律计算的一些结果就会表现出较大误差。但是相对论和量子力学之间的不可调节,意味着很可能有新的理论来统一量子力学和相对论,使结果误差更小。

对于引力的解释量子力学也想着来插一手,我们看粒子物理标准模型中的这六十多种粒子,包含了物质的基本组成粒子,也包含了三大基本作用力的交换粒子,缺的是什么?量子力学中提出的引力子,希望从另外一个角度解释引力,但是数学过程太过于冗杂又不能自洽,并且也没有实际发现该粒子。

因此目前来讲广义相对论从时空弯曲的角度来诠释万有引力是最本质的。


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