如何证明万有引力不存在呢?
我的观点是,引力只是运动的几何效应。
首先,万有引力的存在从来没有被真正的证明过
看了这个小标题,估计会有很多小伙伴蒙圈了,也会有很多专业人士跳出来质疑:老郭,你在胡说八道什么啊,地球上的物体都被地球吸引、月球围绕地球转、地球围绕太阳转……等等现象都在向我们展示着一个事实,引力是真实存在的。
然而真相是,万有引力的发现过程同巫术一样,先有假设再找有利的证据佐证。这样的错误证明过程,早在300年前,就被怀疑派化学家波义尔明确提出过。让我们一起来看看,牛顿当年的证明过程,究竟错在了哪里?
牛顿之前有两个科学领域的巨人,其一是开普勒,他搞定了行星运动的规律;另一个就是伽利略,他搞定了地面物体的运动规律。牛顿站在他们的肩膀上,以微积分为描述工具,搞出了牛顿三大定律。
牛顿以开普勒的行星运动定律,以及地面上圆周运动的运动规律加以对比,认为,物体做圆周运动,一定要受到一个向心力的作用,根据开普勒依据观测结果提出的行星运动规律,牛顿认定,行星围绕太阳运动,一定要受到一个向心力作用。
牛顿认为,这个力来自太阳。进一步,牛顿认为,一切物体之间都会相互吸引,月球围绕地球运动,也是因为地球和月球之间的引力作用,牛顿把这种物体之间相互吸引的力,称作万有引力。
打开高中物理课本,回顾万有引力公式的猜测过程,万有引力公式不是经过严格的数学推导得出的公式,而是一个通过对比得到的猜想公式。分析整个过程,很明显,就是我前面描述的思路。
最漂亮的是,牛顿的这个公式,被后来大量的观测事实所证明。也正因为如此,万有引力从其诞生之后200多年,从来没有被人怀疑过。
然而,尽管万有引力公式完全符合人类的观测事实,不可否认的是,这个公式不能反映引力的本质。换句话说,这个公式只能表示出万有引力与两个物体的质量和质心之间的距离有关,但不能用于解释引力的来源。
观测事实不能证明引力存在的原因在于,这些事实都是“引力”作用的结果,并不是引力产生的原因,我们不能用结果去证明原因。就如阴阳五行认为小磁针能指南是因为儿子思念母亲一样,同样能解释指南针的原理,但指南针不能证明阴阳五行是正确的。
第二,星光偏折证明了牛顿万有引力是错误的
科学不仅可以被证实,更可以被证伪。
牛顿提出来的万有引力假说,被随后的大量观测事实所证明,并且能够实现精确测量。天王星、海王星的发现就都是牛顿引力学说的最好佐证。看上去一切观测结果都在向我们展示,牛顿的万有引力假说是正确的。
然而这一切,被19世纪末20世纪初的新发现给打破了。这个新发现就是麦克斯韦电磁理论,他预言了光是一种电磁波,以恒定的速度在真空中运动。并且科学家们通过大量的观测结果表明,光真的是一种以恒定速度运动的电磁波。
爱因斯坦在这个时候横空出世,他首先肯定了光以恒定速度传播这一事实,并将真空光速不变作为一条基本原理。接着,他又以引力质量和加速质量等效这个事实,提出了等效原理。不熟悉物理学的人,可能不明白,能被称为原理的都是那些最基本的,经过大量观测被确定的事实。
爱因斯坦以这两条基本原理为出发点,用黎曼几何和张量分析为数学工具,提出了广义相对论,得出了引力是运动在四维时空中的几何效应,而牛顿引力则是这一效应在数学上的二阶近似,这一结论。
所谓的二阶近似,就是在低速条件下,牛顿万有引力公式与广义相对论在四维时空中利用场方程计算得到的结果是一样的,二者的偏差非常小。所以一般的观测结果,都会与牛顿的引力公式保持一致。
爱因斯坦,为了证明自己的理论,提出来两个预言:其一是光线在大质量天体附近偏折;其二是水星近日点的进动。后来,这两个现象都被天文学家所观测证实。从而证明了广义相对论是正确的。
不论是星光偏折还是水星近日点的进动都是牛顿万有引力所不能解释的现象,这两个现象也就证伪了牛顿的万有引力猜想。当然了,今天已经有更多的天文观测结果能够证明牛顿万有引力假说是错误的,比如黑洞。
第三,既然牛顿万有引力是错误的为什么还要继续用呢?
今天跟科学有关课程,尤其是物理学,仍然是从牛顿力学开始学习的,牛顿的万有引力定律和公式仍然是考试的重点内容。这是因为,在大多数天体运动规律,牛顿的万有引力能够非常好的解释,提供足够高精度的计算结果,容易理解,计算简单,有不可替代的作用。
而基于广义相对论场方程的精确计算,只是在极少数情况下,那些专业的研究天体物理学的学者们才会用到。
使用近似公式是很多科研人员经常使用的方法,这一点不仅仅是物理学中有,而且在很多其他学科当中更是一种非常普遍的现象。尽管牛顿万有引力的解释是错误的,但是牛顿万有引力公式能在大部分场合下提供高精度的近似计算结果,就是一个有用的公式。
结束语
认识万有引力的过程,是一个理解科学和巫术的过程。结果正确不代表理论正确,科学论证强调因果关系,这是一个最基本的逻辑。巫术的错误不在于其结论,而在于结果和原因之间没有因果关系。
当然了,因果关系到了量子力学里面有些模糊,这导致量子力学一直被很多人诟病,甚至这些人中不乏有专业的学者。这个不是本文要讨论的话题,咱留在其他文章里面专门来探讨。
认识万有引力的过程,也是一个理解什么是科学的过程。从对引力的认识过程可以看出,科学并不是真理,科学是一个向真理不断靠近的过程。新的事实虽然能够证伪前面的科学理论,但不等于之前的研究没有价值,广义相对论是牛顿引力在更高精度范围内的修正,是一个进一步接近引力真相的解释。
2024-04-02 广告
牛顿提出万有引力,我们也能感受到引力,爱因斯坦为何说它不存在