蘋果落在地上是因重力,引力無處不在,大爆炸之前是否存在引力?

2020-12-22 悟空科學世界

如果你站在蘋果樹下,倒黴的是一個蘋果砸到了你的頭上,此時你很有可能會抱怨甚至是咒罵它。然而,著名的物理學家牛頓卻不這樣認為,相反,他問自己:「為什麼蘋果會掉下來,而不是飛起來?是什麼力量把蘋果拽到了地上?」正是有了這種想法,最終導致了物理學中最重要的發現之一,即:引力的基本力量。

今天,沒有人否定重力的存在。正是有了重力,地球上的一切才可以留在地球上,而不是飛入太空。例如,跳傘、蹦極、過山車等娛樂活動,人們從這些活動中獲得了令人興奮的感覺,但如果沒有了重力,那這一切也就不可能了。甚至包括行星圍繞太陽的運動、月球圍繞地球的旋轉以及天體的形成都是由引力的作用所引起的。

但是,引力一直都存在嗎?在大爆炸之前是不是也有引力?

什麼是引力?

根據牛頓理論,引力是任何兩個物體之間存在的吸引力。宇宙中,每個物體對其他物體都有引力效應,其力與物體的質量成正比。

例如,當牛頓坐在蘋果樹下時,一個蘋果落在他的頭上,那麼蘋果和地球之間有相互的引力效應,但由於地球的質量很大,所以它在這場對抗中獲得了勝利。

大爆炸

根據著名科學家史蒂芬·霍金的說法,宇宙中的一切物質都被限制在一個極其微小的空間中,並被壓縮在自身之內。最終宇宙會被壓縮成一個點,而這個點具有無限的密度和溫度,科學家稱它為引力奇點。實際上,這一點包含了整個宇宙的質量。之後,在某個時刻,所有的物質就像一個巨大的氣球一樣「膨脹」,其膨脹速度超過了光速。這就是我們通常所說的「大爆炸」。

對此,你可能會產生這樣的疑問,什麼疑問?不是說沒有什麼東西能夠超過光速的嗎?確實,這是事實。根據愛因斯坦的相對論,光速是恆定的,沒有任何東西能比光更快。然而,這種說法只適用於在時空中移動的物體。

在大爆炸中,還有一些細微差別,就是「奇點」的「爆炸」並不包含物質在空間中的運動,而是空間本身的擴張。想像一下,假設太空是一艘飛船,宇宙中的所有物體是這艘船上的乘客,根據愛因斯坦的相對論,乘客在飛船上的速度受到光速的限制。因此,任何人以及任何東西都無法超越光速。

然而,在相對論中,沒有提到「飛船」的速度。船的移動速度比光速還快,是不會被限制的。因此,在這裡並沒有違反物理定律。

大爆炸之前有引力嗎?

在這裡,我們需要假設,大爆炸之前的一秒鐘,也就是在出現宇宙之前的那一時刻。正如前面所提到的,整個宇宙被限制在一個叫做奇點的「狹小」空間裡,也就是說,在奇點周圍什麼也沒有。那麼,問題就來了,整個宇宙是如何在這個如此狹小的空間中存在的呢?可能有什麼東西在這一點上阻止了事情的發生。

在這種情況下,答案似乎是顯而易見的,那就是「引力」。無限的引力作用於一切物質。因此,宇宙中的所有物質都處於引力奇點中。但是,這只是一個理論。

奇點只是對大爆炸之前所發生的事情做出的一種解釋,而這種解釋是建立在愛因斯坦的相對論基礎之上。對此,一些科學家反對了這種觀點,因為它沒有考慮到發生在量子力學層面上的過程。當科學家研究比人的頭髮厚度還小數百萬倍的粒子時,他們就會面臨這種不受傳統物理定律約束的粒子行為。

事實上,沒有人確切地知道,大爆炸之前到底發生了什麼。在大爆炸發生之前,我們唯一所做的就是推測,一種猜測而已。然而,在某種程度上,科學家可以解釋宇宙大爆炸初期所發生的事情,也就是出現時空的時候。

引力波

愛因斯坦認為,通過探測引力波來證明大爆炸期間有引力存在,這是可能的。

愛因斯坦的理論表明,宇宙中的某些事件會擾亂時空的結構,從而導致「波」的出現。那麼,還有什麼比大爆炸本身更大的宇宙事件呢?當然,宇宙能夠以超過光速的速度擴張,從而導致了引力波的出現。

2015年9月14日,研究人員在雷射幹涉引力波觀測站成功地記錄了引力波。

由於我們最終發現了引力波,致使科學家得出了第一個災難性事件,即:得出了因大爆炸而引起的有引力波存在的結論。這樣一來,我們可以確信,在大爆炸期間,確實有引力存在。而且通過觀察宇宙中波的最初跡象也證實了這一點。

但是,在宇宙出現之前,是不是也有引力存在呢?遺憾的是,這一點還沒有被證實。因此,對於這個問題,我們可能還得等待下一個「愛因斯坦」提出新的革命方程來描述宇宙的狀態。或者,你能解釋這一切嗎?歡迎暢所欲言!

相關焦點

  • 引力存在的確切證明是什麼?
    其實並沒有什麼引力的「存在」,科學研究不是這麼分析事物的幾個物體互相加速朝其他物體運動的現象被命名為引力,沒有引力他們就會呆在原地不動。引力的存在證明就是如上所述現象的表現。我們也可以用卡文迪什(Cavendish)裝置證明引力存在於各種物體之間。引力理論則是一個完全不相同的東西…牛頓引力理論的證明通常是被用於卡文迪許試驗,這顯示出萬有引力的存在…這為預測天體的運功軌道和在大質量物體旁「向下」的防向提供了確切的證據。
  • 宇宙大爆發之前沒有時間也沒有空間,那麼是否存在引力呢?
    宇宙大爆炸理論是對現有宇宙形成和發展過程最大膽、最有依據、最為完美的一種假設,雖然我們以現在的技術水平無法真正去探知大爆炸瞬間的情景,更沒法去探知大爆炸之前到底是什麼面貌,但是通過對現有宇宙的所有觀測,都無一例外地支撐了以奇點大爆炸為起點的宇宙演化模型。
  • 引力是什麼?引力真的存在嗎?
    引力存在嗎?我們從小就聽過牛頓被蘋果樹上掉下的蘋果砸,然後腦袋好像開了光一樣,一下就想明白了萬有引定律了。這個故事或多或少是有演繹的成分,真實性堪憂,最早也僅僅載於沒見過牛頓的伏爾泰的書中,他也是打聽來的。
  • 引力是如何產生的?是地球創造了引力,還是引力創造了地球?
    引力在我們的生活中是無處不在,就連我們平時的吃飯喝水都離不開引力的作用,但是其實可能很多朋友並不知道引力到底是怎麼來的,那到底引力是從哪裡來的呢?是從地球的內部嗎?其實引力的來源就是時空。按照現有的說法,星球或者物體會在時空中造成凹陷,而這樣的凹陷就是產生引力的罪魁禍首。無時無刻吸引著暗物質的物體,會將暗物質也吸引到凹陷當中,這樣就會形成一個暗物質的流動場,即產生了引力。
  • 蘋果因為引力落地? 這會不會是錯覺
    讓蘋果落地,也讓行星繞轉太陽提起引力,人們總會想起蘋果落地的故事。故事說的是坐在蘋果樹下的牛頓正為行星運動問題苦思冥想時,一個蘋果落在他面前,使他頓悟到使蘋果落到地面的重力,正是使月球圍繞地球運行的力;地球不僅吸引著蘋果,也吸引著地球表面上的一切物體,包括遙遠的星星。
  • 引力是什麼?重力又是什麼?
    引力不是由空間壓縮造成的,而是物體質量彎曲周圍時空造成的幾何效應,總之是質量告訴空間如何彎曲、彎曲多厲害,彎曲的空間告訴物體該如何運動。重力,在地面上的物體由於受到地球的萬有引力作用,我們感受的是重力,但只限於在地表或距離地面不太遠的地方,在太空中,講的是地球的萬有引力。不能簡單的說重力就是萬有引力,重力不是引力,但是在地面上,重力確實是由萬有引力產生的,不過重力並不一定需要由萬有引力來產生。
  • 引力與自轉有關係嗎?如果地球沒了月亮的引力,你我還會存在嗎?
    本文基於回答網友這樣的問題:地球自轉可產生引力,為何月球卻不能?直話直說,這種認知是錯誤的。萬有引力與自轉沒有毛關係,凡有質量的物體,都存在萬有引力,因此引力是物質本質屬性,一個原子也不例外,何況月球呼?
  • 引力沒有消失,難道重力也會被偷走?
    有些人可能覺得飛機的高度還不足以體現引力的衰退,認為到了只要到達幾十千米的高空引力就會迅速地消退。甚至還有人覺得,既然地球的大氣層那麼厚重,就一定是大氣層隔斷了地球的引力。或者有人認為,引力的衰頹並不是線性的,而是到了某一界限,引力就會突然消失。其實這些想法都不是正確的。引力並不是像是磁力,或者力一樣,在力的特性曲線上有一定的範圍。
  • 愛因斯坦指出牛頓錯誤,直言引力並不存在,只是「時空的彎曲」
    1687年,牛頓提出了「萬有引力定律」,值得注意的是,牛頓和蘋果的故事並不是引力的來源。牛頓本人從未提及過相關的故事,關於引力的研究並不是突發奇想,而是在漫長研究中誕生的理論。首先,「引力」在愛因斯坦看來,其實並不存在,所謂的引力是質量對時空的影響,並不是一種單純的力i,其實仔細思考一下就會發現,引力的很多特徵並不符合我們熟知的力。引力絲毫並不需要介質,並且引力似乎不會因為吸引某個物體後發生衰減,只是會根據距離的不同呈現出不同程度的力。因此愛因斯坦在不斷研究後指出,引力並不是力,而是「時空塌陷」。
  • 為什麼引力會導致時間和空間「彎曲」?聽完科學家的解釋恍然大悟
    雖然引力很常見,但引力是四大基本力中最弱的一種,特別是對於我們的日常生活來說,引力無處不在,但是除了地球的重力以外,我們幾乎感受不到其他引力的存在。其實,任何物質之間都會產生引力,引力的大小和物體的質量有關,質量越大的物體產生的引力就越強,因為日常生活中大部分物質的引力都達不到要求,產生的引力基本都是可以忽略的,那麼引力的本質到底是什麼,引力又是怎麼讓空間和時間產生「彎曲」的呢?
  • 引力既然很厲害,為什麼天天在引力作用中的人沒被撕碎?
    所以要說清這個問題,我們就要了解一下引力的基本特徵。宇宙中目前發現了四種基本力。現在科學認為,宇宙中存在四種基本力,即強力、弱力、電磁力、引力。我們所有能夠看到或者不能看到的一切物質和現象,都是在這四種基本力控制下運動變化著的。
  • 盾牌座uy這個恆星中的巨無霸,其引力範圍有多大?
    於是有人認為,這麼巨大的恆星引力一定很大吧,引力範圍會達到很多光年吧?引力是長程力,理論上任何天體或者某個物體的引力作用力都是無限遠的,從這個意義上來說,盾牌座uy的引力有幾光年也無可厚非。這樣盾牌座uy就是一個虛胖子,而且很虛很虛,表面密度和重力就非常低,不但比太陽低,比地球也低幾個數量級。經科學測算,盾牌座uy的表面重力加速度約9.5x10^-4米/s^2,太陽表面重力加速度為275米/s^2,地球表面重力加速度為9.8米/s^2。
  • 古老的慣性質量與引力質量
    想理解這句話,需要更進一步了解質量的物理意義:與長度和時間不同,質量分為慣性質量和引力質量。這是一個存在於牛頓時期的問題,並且是在沒有合適的測量證據的基礎上,那時的物理學家們認為慣性質量和引力質量在數值上等同。質量指的好像是物質的量,然而,這樣的世俗理解並不嚴謹,其測量也沒有可操作性。在物理上,物質的量是可以通過兩種方式來判斷的,並且這兩種方式都存在於人們對物理知識早期的認識中。
  • 引力與宇宙快速膨脹有什麼關係?或許質量引力可以給你答案
    那麼,物理學家的重力理論是否解決了「不可能的」暗能量之謎呢?其次,每一個「新理論」往往都是對較舊理論的重塑,並且每當一個新的理論出現時,我們必須設法將其翻譯轉換為更古老,更傳統的語言。粒子物理學的標準模型與質量光是不一致的,所以,質量引力在這個圈子將不那麼流行。然而,質量引力可能在像弗雷德霍伊爾,希望他安息,那樣堅信穩態宇宙的圈子中流行,因為在那個框架中,光波或(相等的)引力子會持續地將能量從一顆恆星輸入其他所有的恆星。
  • 慣性質量與引力質量
    因此,根據萬有引力定律定義的質量m稱為引力質量。慣性質量和引力質量是根據兩個互相獨立的實驗定律分別定義出來的物理量,它們反映了質點的兩種截然不同的物理屬性,從這一點看它們風馬牛不相及。        但是,在經典力學中,實驗可以證明慣性質量和引力質量相等。        我們看一個讀者熟悉的實驗:在地面附近有一個質點,其慣性質量為mi,引力質量為mg。
  • 牛頓和愛因斯坦是怎麼看引力的?
    幾百年來的觀察已經證明了物體之間普遍存在著引力。在1687年,艾薩克牛頓使用他的萬有引力定律量化了這一現象,並將其表述為:在宇宙之中,每一個物體都吸引著其他所有物體,並且任何兩個物體之間的作用力與他們質量的乘積成正比,和他們之間距離的平方成反比。
  • 光究竟是否能被引力彎曲?繼牛頓力學後,愛因斯坦為你解答
    :根據牛頓力學,確實,正因光是無質量的,引力才無法影響它。早在1912年,也是在愛因斯坦於廣義相對論的方程上取得最終突破的三年前,他寫下了一份有關因光的偏折所導致的最重要的現象之一的簡練描述:(幾何意義上的)引力透鏡的存在可能性。
  • 軌道和引力的關係,引力是否是構成宇宙「大廈」的棟梁支柱?
    如影隨形軌道與引力看似相伴相生,如影隨形,但起主宰作用的還是引力,或者說是先有引力後有軌道。如果非要形容的話,引力是構成宇宙大廈的棟梁支柱,軌道則是將天體磚石連綴起來的鋼筋水泥。以太陽係為例。假如太陽失去引力,所有高速運行的行星都會被拋入太空;行星假如停止轉動,太陽的巨大引力就會把它們吸入自己上千萬攝氏度高溫的熔爐,將地球和人類轉眼化為灰燼。引力是太空中普遍存在的吸引力,是恆星系統形成的基礎,是星系運行的原動力。當然,對不同天體而言,只有引力、質量等因素達到平衡時方可確定關係,正常運行。要達成這種平衡是非常不容易的。
  • 重力是什麼?它從何而來?
    從我們出生的那一天起,我們似乎就被這種無處不在的無形力量束縛在地球表面。但是物理學家一直在思考重力。對他們來說,重力是一個有待解決的謎題,以便全面了解宇宙是如何運作的。那麼,重力是什麼?它從何而來?牛頓對重力解釋我們從艾薩克·牛頓和他的萬有引力定律中知道,宇宙中任何兩個物體都相互施加引力。這種關係是基於兩個物體的質量和它們之間的距離。兩個物體的質量越大,它們之間的距離越短,它們相互施加的引力就越大。
  • 對引力的認知是如何進化的?什麼才是真正的引力
    當我們將一支筆放在桌子上的時候,這根筆會受到整個地球的引力而緊貼在桌面之上,然而,隨便一個三歲小童就可以輕而易舉將這支筆拿起來,在與整個地球的引力對抗中取得勝利。其二,就是引力的作用範圍最廣,無論是天體的運行、物體的下落,都是引力作用的結果,任何兩個具有質量的物體之間都存在著相互的引力作用,這就是萬有引力。