Question

广义相对论和牛顿引力之间有什么形似之处有什么冲突？

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Answer 1

在阿尔伯特·爱因斯坦发表了他标志性的广义相对论100多年后，这一理论似乎开始逐渐走向落幕，这是来自加州大学洛杉矶分校物理学和天文学教授安德烈·盖兹的言论。然而，这一伟人理论在银河系中心巨大黑洞附近的广义相对论最全面的测试中仍然坚持了下来，盖兹不得不承认爱因斯坦的广义相对论是成立的。

我们不可否认，爱因斯坦是对的，至少现在是这样，我们完全可以排除牛顿引力定律。我们的观察与爱因斯坦的广义相对论是一致的。然而，他的理论仍然存在着一些缺陷。它不能完全解释黑洞内部的引力，因此在某个时候，我们需要超越爱因斯坦的理论，而转向更全面的引力理论，来解释黑洞是什么。但是很遗憾的是目前没有人能提出比它更完美的理论！

爱因斯坦1915年的广义相对论认为，我们所感知的引力来自于空间和时间的曲率。这位伟大的科学家提出，太阳和地球等物体会改变这种几何形状。很显然，爱因斯坦的理论是对引力运作的最好描述。事实上包括引力在内的物理定律在宇宙中的任何地方都应该是有效的。

在广义相对论出现之前，牛顿的万有引力定律已经被世人接受了两百多年，作为对质量间引力的有效描述，牛顿本人并不认为这是关于引力本质的最后定论。在牛顿的模型下，引力是大质量物体之间引力的结果。尽管牛顿也被这种未知的力的性质所困扰，但基本框架在描述运动方面非常成功。

然而，实验和观察表明，爱因斯坦的描述解释了几个牛顿定律无法解释的效应，比如水星和其他行星轨道上的微小异常。广义相对论还预测了引力的新效应，如引力波、引力透镜效应和引力对时间的影响，称为引力时间膨胀。这些预测中有许多已经被实验或观察所证实，而另一些则是正在进行的研究的主题。

广义相对论已经发展成为现代天体物理学的一个重要工具。它为目前对黑洞的理解提供了基础，在那里，引力非常强大，甚至连光都无法逃逸。它们强大的引力被认为是某些类型的天文物体发出的强烈辐射的原因。不仅如此，广义相对论也是标准宇宙大爆炸模型框架的一部分。

我们知道广义相对论研究的是包括重力在内的加速坐标系，在每一次实验和观测中，包括它对先前存在理论的偏差所作的预测，都被证明是完全准确的。关于广义相对论，最坏的说法是有一些可能出现问题的暗示。

最坏的暗示是广义相对论预言在某些高密度区域，特别是黑洞中有无限的场。不过直接观察这种情况本来是不可能的，所以这种无限只是理论上的猜测。

正如科学家所说的那样，广义相对论作为一种计算重力效应的方法是非常准确的，但它在理论过程中“编造”了一些东西，就像“曲线时空”，在现实世界中却没有任何证据证明这一点。

与“时间膨胀”类似，它将时间具体化为一个实体，它基于在各种力作用下观察到的时钟变慢而形成。当然，对于相对论还认为时间旅行的可能性，这完全是无稽之谈。

总的来说，爱因斯坦的广义相对论开创了我们一个新的科学时代，然而每一个理论在时光的检验中总会露出一丝“马脚”，我们的理论无法变得完美，只能趋向完美。