下面是不正經的大課堂,物理系列的第一篇文章
本期,不正經的大課堂將會介紹目前科學界認同的兩種對於引力的觀點及其他亂七八糟的東西
同樣,這篇又是一個零基礎文章,放心閱讀~～
在這一部分，我們會講一講牛頓對引力的看法（雖然之後這被證明是不全正確的，但仍是一個好的參考）牛頓不是引力的「發現」者，卻是最早將其整理為一個理論的人。1687年，牛頓於《自然科學及哲學原理》一書中提出了萬有引力定律，轟動了物理學界，並在數百年內被廣為認同。關於牛頓的故事幾乎都有對他一定的神化或捏造。事實上，沒有切實證據表明牛頓被蘋果砸中。牛頓認為任何物體之間都有相互吸引力，這個力的大小與各個物體的質量成正比例，而與它們之間的距離的平方成反比。用公式的形式寫出，就是大多數人早已耳熟能詳（深 惡 痛 絕）的 F=(G×M₁×M₂)/R² 了。在17世紀，這樣的理論堪稱精確，但是牛頓本人卻對引力的本質沒有什麼了解。這有點像一個黑箱，你發現它可以給出很多答案，卻不知道它工作的原理是什麼。站在巨人的肩上的牛頓的確看的更遠。1846年，英國天文學家亞當斯和法國天文學家勒威耶分別獨立計算出了海王星的位置。勒威耶利用分析力學，通過求解33個方程，終於成功預言了海王星的位置，不久這顆新的大行星就被發現了，於是，海王星也被稱為「筆尖上的行星」。牛頓的理論是各式各樣引力理論的起點，也是經典力學的重要部分，下面我們就要聊聊這些對引力的最新看法。這一部分，我們來看愛因斯坦是怎麼看引力的。愛因斯坦的名字正如牛頓一般家喻戶曉，而他的相對論更是劃時代的巨著。其中廣義相對論是今天主要討論的話題。愛因斯坦與牛頓的理論最大的不同體現在時空觀上，牛頓認為時空絕對而不會變化，但愛因斯坦則持時空不絕對的看法。事實上，相對論的提出就是一個瘋狂打臉絕對時空觀，將時，空，速度與其他東西勾搭起來的過程在狹義相對論中，愛因斯坦通過鍾慢、尺縮原理聯繫了高速運動與時間空間，而廣義相對論又將引力彎曲時空的說法引入，並使其與狹義相對論的大部分理論自洽。廣義相對論主要討論了曲率張量不為零的時空，打開了牛頓的黑箱，且通過時空彎曲的理論解釋了引力的本質。廣義相對論認為引力是時空彎曲的外在表現，質量告訴時空如何彎曲，彎曲的時空高速物質如何運動。並且預言了引力波的存在，引力波簡單的理解就是一種時空漣漪，速度等於光速。按照廣義相對論，引力的本質就是時空彎曲導致的質點/物體像有質量的方向滑落。
為了對引力進行定量，愛因斯坦提出了著名的引力場方程，通過其提出的預測的精度令人驚嘆
其中
Guv是愛因斯坦張量；
Ruv是從黎曼張量縮並而成的裡奇張量，代表曲率項，表示空間彎曲程度；
R是從裡奇張量縮並而成的曲率標量；
guv是度規張量；
Tuv是能動張量，表示了物質分布和運動狀況；
G是萬有引力常數；
c是真空光速。
整個方程的意義是：空間物質的能量-動量分布決定空間的彎曲狀況
廣義相對論對引力的看法帶來了許多有趣的結論與預測，包括光線偏折，水星進動，引力紅移等，都是值得討論的話題。這些內容以後可能做一個專題什麼的，不過在此不討論了。可以說，相對論是目前引力理論的權威。作為本文的最後一個部分，我們來講一點十分超前的夢想——大統一理論。大概所有讀者都應該知道宇宙中有四種基本的力：引力，電磁力，弱核力，強核力。大統一理論的最終理想就是把四種力統一為一種，並用其概括宇宙中一切相互的作用。到這裡，這一期不正經的大課堂就結束了！安全錘萬歲！（是不是以為又來講Gravity Falls了）