為什麼愛因斯坦認為萬有引力是不存在的​?​該如何理解這句話?

2021-02-08 宇宙探索

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為什麼愛因斯坦認為萬有引力是不存在的?

愛因斯坦只是對萬有引力怎麼來的進行了一個追根溯源,用場方程更精闢的解釋了萬有引力的本質,並且從動態方面糾正了牛頓經典力學的一些誤差,從而使人類認識更接近真實的世界而已。

牛頓的萬有引力定律表述為:F=GMm/r²。

就是說,萬有引力F的大小,與引力常量G與相互作用物體M和m之間的乘積成正比,與物體之間質心距離r平方成反比。

這個定律現在還有效,並且運用於許多科學研究和實踐中。比如三個宇宙速度,就是根據引力定律換算出來的。

根據這三個速度,人們才能夠發射出人造天體,脫離地球引力飛往太空。

愛因斯坦廣義相對論揭示了引力的本質屬性。

牛頓萬有引力定律雖然揭示了這個世界普遍存在的一種力,而且也得出了這種力的規律,但是他沒能解釋出這種力的根源是什麼,為什麼會有這種力存在。

因此停留在知其然不知其所以然的層次。

別看這只是往前延伸一步層次,但得出的結論卻可以完全改變人類對世界的認知。

愛因斯坦廣義相對論認為,質量才是引力的根源,產生引力的原因是質量對周邊時空的扭曲。

就像一塊石頭丟進水裡,或者一條魚在水裡遊動,就會對水產生漣漪或漩渦,由此影響周邊的物質。

物體無論大小,都會有這種時空擾動出現。

這種擾動表現出的現象就是時空漩渦或者時空陷阱,這種漩渦或陷阱會影響在這個範圍物體的運動,產生相互掉進對方陷阱的現象,我們看到的就是物體的相互吸引,這就是引力。

小質量物體的引力十分微弱,因此一般很難表現和測量出來,到了大質量的天體,引力就顯得很大了。

質量越大的天體,時空旋渦就越大越猛烈,小的物體經過時就會掉入這個旋渦,看起來就被大天體吸引過去了。

大質量天體的引力漩渦導致的時空彎曲,甚至可以影響通過的光線,如遠方恆星的光線經過太陽附近時也會被彎曲。

愛因斯坦這個預言在廣義相對論發表不久就被科學界所證實。

為了證實時空彎曲理論,1919年,英國皇家科學院派出以著名天文學家愛丁頓為首的兩支遠徵隊,一支趕到西非普林西比,一支到亞馬遜森林這兩個日全食最佳觀測地點,證實了愛因斯坦的預言。

愛因斯坦預言,星光經過太陽邊緣時,會產生1.74角秒的偏差。但太陽光線太強,這點偏差平時根本無法驗證。

只有日全食時有可能觀測到這種現象,這正是愛丁頓帶領遠徵考察隊到最佳日全食觀測點的原因,他們在日全食的最佳時刻,觀測證實了愛因斯坦的預言。

當愛丁頓通過電報把這個消息告訴愛因斯坦時,他只是詼諧地說:「我一點也不驚訝,因為如果測到的不是這樣,對上帝來說就太遺憾了。」

這就是大師的風範,是一個科學大師對自己研究成果的自信。

當天文學家戴森在英國皇家科學院報告大廳在宣布:「經過對底片的認真研究,我鄭重宣布,它們無可置疑地證實了愛因斯坦的預言。」

整個大廳沸騰了,從此廣義相對論傳遍了世界,成為現代物理學最基礎最前沿的理論。

根據廣義相對論場論的推演,產生了許多預言,比如黑洞、引力波、時間膨脹、引力透鏡等等,這些預言一個個被證實,而且運用到航天探測和日常生活,使人類科技文明上升到新的層次。

那麼愛因斯坦的時空彎曲理論對萬有引力有什麼修正意義呢?

萬有引力定律是牛頓在靜態宇宙觀指導下得出來的,是一種絕對時空觀的體現。這些理論在低速系是適用的,一旦進入了高速系,就會出現誤差,甚至失之毫釐謬以千裡。

愛因斯坦場論告訴我們,引力導致了時空彎曲,這個空間變形了,時間就會發生變化,因此時空在不同的坐標系是相對的,而不是絕對的。

同時,他早在狹義相對論裡面就介紹了高速系中的時間膨脹效應,速度越快,導致的時間流逝就越慢;而在重力系統中,重力越大,導致的時間流逝也會越慢。

速度時間膨脹效應和重力時間膨脹效應是我們觀測和運動時必須考量的,否則我們的觀測和遠航就得不到精準的效果。

因此現代發射衛星和探測器以及宇宙航行都必須進行時空的相對論修正,否則就會導致導航不準確,通訊無法進行,探測器飛船也到達不了目的地。

時間膨脹效應遵循如下公式:

狹義相對論速度時間膨脹計算公式:t『=t/√[1-(v/c)²]

式中,t『是速度時間膨脹效應值;t是低速系觀測者第一個時鐘時間記錄;v是第二個時鐘相對第一個時鐘的移動速度;c為光速。

廣義相對論引力時間膨脹計算公式為:t『=tx√(1-2GM/rc²)

式中,t』為引力時間膨脹效應值;t為低引力慣性系觀測者時間流逝值;G為引力常數,取值6.67x10^-11N·m²/kg²;M為天體質量;r為天體半徑;c為光速。

最典型的運用例子就是GPS導航系統。由於導航衛星在距地表2萬多公裡高空,時速1.4萬公裡速度運行,從重力來說就比地球小,因此衛星時間每天比地表流逝要快45微秒,而在這種速度運行,時間每天又會流逝慢7微秒。

這樣裡外一折,每天要比地表快38微秒。

1秒鐘等於1000微秒,這點時間對於我們日常生活來說微不足道,完全可以忽略。但對於要求精確的導航系統來說,如果不按照相對論調整,每天就要積累約10公裡的定位誤差,這樣的導航會讓你找不到北。

因此對於衛星上的原子鐘,就要在震動頻率上加以調整,以使天地時間能夠精準一致,才能夠精準定位和導航。

因此,愛因斯坦相對論只是更精準的認識了世界規律,他並沒有否定萬有引力,更沒有「認為」萬有引力不存在。

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