引力的超距作用真的很神秘嗎?引力能量來自哪裡?科學家給出答案

2020-12-15 科學塢

引力這種能跨越空間的相互作用,自從牛頓把地面的物體,跟天體運行聯繫起來之後,就引起了科學家以及廣大吃瓜群眾的興趣。本文就來跟大家談談這個話題。

圖1 引力波

一、為什麼人們一定要給力賦予一個介質呢?

這跟我們的日常經驗有很大的關係。日常的生活經驗告訴我們,通常兩個物體發生相互作用,是需要相互接觸的。我們走路的摩擦力、推箱子、拿東西莫不如此。人們自然對這種能夠跨越空間距離、不需要相互接觸的相互作用就很好奇,憑什麼引力不接觸就能發生相互作用呢?但是,事實上就是如此,四種基本力的相互作用,都不需要發生相互接觸。

所以自從牛頓提出來萬有引力開始,物理學家們一直在探尋著究竟是什麼東西產生讓物質能跨越空間距離產生能改變物體運動狀態的相互作用,然而一直都沒有找到。因為沒有,所以臣妾找不到啊。

圖2 大質量天體附近的時空彎曲

二、我們首先需要了解什麼是力?

【劃重點】物理學中這些最基本的概念非常重要。對於什麼是力,人類認識它用了近兩千年的時間,直到牛頓大神橫空出世,人們才對力有了真正的認識。所謂的力,就是能改變物體運動狀態的那種相互作用。這就是牛頓第二定律和牛頓第三定律告訴我們的內容。

經過物理學這麼多年的發展,直到現代,物理學家總結出自然界中最基本的四種相互作用,即四種力,即:引力、電磁力、強作用力、弱作用力。再重複一遍,力就是能改變物體運動狀態的相互作用。

圖3 力是一種相互作用

三、什麼是能量?

什麼是能量呢?這其實源自物理學對力做功的理解,那麼啥是力做功呢?就是物體在力的作用下發生了位移,力在位移的方向上有分量或者說是投影,並且不等於零。能量就是對這種力潛在做功能力的一種評價。所以說,有多少種運動,就有多少種能量。

四、引力的本質是什麼?

毫無疑問的是,科學家們至今也沒有找到引力作用的介質,因為沒有,怎麼可能會找到呢。但這並不妨礙科學家探索引力究竟是怎麼來的這個問題。牛頓從圓周運動和天體運行的規律發現,引力跟物質的質量和兩個物體質心之間的距離有關。愛因斯坦的進一步研究發現,引力是時空彎曲的幾何效應。也就是說,引力不需要介質,是時空彎曲的效果,這種讓我們的感覺是應該有這麼一個力的存在。這說明了其實我們的經驗並不可靠,這是人類的自身條件和所生活的自然環境造成的。

圖4 引力透鏡效應

五、如無必要,勿增實體

從前面我們介紹的基本概念我們可以看出,不論是力,還是能量的概念中,都沒有涉及到介質的存在。說到這裡的時候,我不由得想到了《皇帝的新衣》這個故事。皇帝沒穿衣服,如果你非要說皇帝穿了衣服,那麼好吧,你就不得不解釋,你看見的是啥呢?編,各種編,編不出來自己就成了傻瓜。一個謊言的背後需要更多的謊言去彌補。

然而,我們如果直接認為,皇帝就是沒穿衣服就很簡單了。因為沒穿,所以我看不見。其實這就是奧姆剃刀法則,這個法則認為"如無必要,勿增實體",即"簡單有效原理"。從我們目前對引力的觀察上來看,確實是沒有發現任何介質。既然沒有發現介質,又何必要一定去給引力增加一個介質呢?這跟皇帝的新衣沒有任何的區別。

圖5 奧卡姆剃刀原理

科學要做的事情就是要以可觀測的客觀事實為依據,發現我們這個世界運行的規律。不可觀測的東西如何能作為科學研究的對象呢?當然了,如果某一天,我們真的發現了引力傳播的介質,那就是另外一回事了。但是今天,我們的認識就到這個程度,沒看見,就是沒看見,不要編。因為,我們人類認識這個世界是從簡單到複雜,從粗糙到精細的過程。科學的發展也不例外。

所有的學科發展都是如此。就像生物學,我們對生物的認識遠超古人,這是毫無疑問的。但是早期的生物學家就是從數蜈蚣有多少條腿、蜘蛛腿上有多少根毛,這種最基礎的工作開始做起的。但是我們今天的生物科學,已經能夠從基因的層面改造生物,甚至是創造生物了。

圖6 皇帝的新裝

全文總結

從我們前面的分析中我們可以得到這樣的結論,力也好,能量也罷,其實都是物理學家為了解釋物體的運動而引入的概念,它們離不開運動,介質並不是必須的東西,沒有就是沒有,不必要強加。在這個認識過程中,我寧願做那個識破皇帝新衣的小孩,而不是那個為了保住面子說假話的大臣。

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