無比強大,卻又無比弱小的引力,它的本質到底是什麼?

2020-09-11 科學信仰


引力是宇宙間普遍存在的一種基本力,其餘的三種基本力分別為電磁力、強核力和弱核力,由於這三種基本力都已經找到了對應的媒介粒子,所以也就實現了統一,唯獨引力與它們格格不入。

如同強核力、弱核力以及電磁力的媒介粒子膠子、W及Z玻色子以及光子一樣,人們也希望能夠找到引力的媒介粒子,並且事先已經給這種粒子命名為了引力子,只可惜事與願違,時至今日都未能發現引力子的蛛絲馬跡。引力是一種非常強大的力,它遍布於宇宙之中,小到一磚一石,大到宇宙天體,無一不受引力的作用,我們的地球能夠圍繞太陽穩定運行也是託了引力的福。然而另一方面,引力又是無比弱小的,是四種基本力中最弱的一個,它幾乎無法與任何力量相抗衡。


整個地球的引力都在將我們手中的手機向下拉,但我們輕而易舉就能夠拿起它,哪怕是一個一歲幼童也能夠在這場與引力的對抗中取得勝利。

這是一件很有趣的事情,引力這種無比強大又無比弱小的力到底是什麼呢?它的本質是什麼呢?最初給引力一個準確定義的人就是牛頓,它的萬有引力定律第一次讓人類如此接近了引力的真相。牛頓認為任何物體都具有一個相互吸引的力,而這個力是一種超距作用,也就是說引力是瞬時發生的,它不需要時間來進行傳導。在牛頓的理論之下,引力和兩個因素有關,一個就是物體的質量,質量越大則引力越大,而另一個則是物體的距離,距離越遠,相互的引力作用就越小。牛頓的理論非常明確體現出引力和空間是有關係的,但與時間並沒有聯繫。這就是牛頓的萬有引力與愛因斯坦的廣義相對論所存在的最主要差別。


牛頓的萬有引力定律是普通人最為熟悉的引力觀,無論是應用於日常生活,還是應用於航天工程,都足夠精確,但其並不是引力的本質,它只是對於引力在地球宏觀低速環境下的一種特例的描述。

當人們試圖用萬有引力定律去計算水星進動的時候,問題就出現了,計算值與實際值出現了難以接受的誤差。而這一問題被另一個理論所解決了,那就是愛因斯坦的廣義相對論,根據相對論公式計算得出的水星進動值與實際情況幾乎完全相同。那麼相對論對於引力的認知是否就是引力的本質呢?相對論又是如何對引力加以解釋的呢?愛因斯坦的理論在本質上與牛頓截然不同,他認為空間並不是獨立存在的,而是與時間一體的,二者並稱為時空。


愛因斯坦認為引力的本質就是時空的彎曲。

任何有質量的物體都會引起時空的彎曲,質量越大,則時空彎曲的曲率就越大。由於萬有引力定律與廣義相對論存在著本質的區別,所以二者對於天體運行的描述也是截然不同的。在萬有引力定律之下,地球之所以會圍繞太陽運行是因為地球被太陽的引力吸引而向太陽移動,同時由於地球形成時存在著一個初始的運動速度,其運動方向與朝向太陽的引力方向垂直,由於宇宙是近乎於真空的,所以運動會一直持續下去,於是在兩個方向不同的力的共同作用之下,地球便實現了圍繞太陽的穩定運行。

而廣義相對論的認知與此有所差異,它認為由於太陽質量巨大,從而導致了周圍的時空出現了嚴重的彎曲,所以地球只能夠沿著測地線進行運動。


什麼是測地線呢?在平面上,兩點之間直線最短,而在一個彎曲的球面上則有所不同。

比如我們在一個足球的表面畫上AB兩點,那麼兩點之間的最短距離是什麼呢?我們要以足球的球心作為圓心,然後穿過AB兩點畫一個圓,此時連接AB兩點的弧線就是兩點之間的最短距離。

在平面上,受引力影響的物體會沿著兩點之間的最短距離,也就是直線進行運動,在彎曲的表面也是如此,物體仍然要沿著最短距離進行運動,而這個最短距離就是測地線。這就是廣義相對論下地球圍繞太陽運行的根本原因。根據廣義相對論,愛因斯坦成功預言了黑洞以及引力波的存在,而現在,這些都已經得到了證實。而基於廣義相對論,我們可以得出這樣的結論,引力的本質就是時空的彎曲。

相關焦點

  • 無比強大,卻又無比弱小的引力,它的本質到底是什麼?
    引力是一種非常強大的力,它遍布於宇宙之中,小到一磚一石,大到宇宙天體,無一不受引力的作用,我們的地球能夠圍繞太陽穩定運行也是託了引力的福。然而另一方面,引力又是無比弱小的,是四種基本力中最弱的一個,它幾乎無法與任何力量相抗衡。
  • 引力,既強大又弱小,它到底是什麼?
    任何有質量的物體都具有引力,任意兩個有質量的物體之間都會產生引力作用,這就是牛頓所講的萬有引力。引力極為強大,強大到宇宙星體皆受其控制。引力讓月球圍繞地球運行,引力讓地球圍繞太陽公轉,引力使所有的恆星系、星系、星系團都能夠穩定有序的運行。然而,引力也極為弱小,在四種基本力之中,引力是最弱的。即使是一個孩童,也能夠輕易從地上撿起一塊石頭,即使這塊石頭正在受到整個地球的引力拉拽。牛頓認為,物體之間的引力作用除了和質量有關,還與距離息息相關。距離越遠,引力越弱。
  • 引力極其強大,但又極其弱小,其本質究竟是什麼?
    正如強、弱核力和電磁力的介質粒子膠子、 W和 Z玻色子和光子一樣,人們也希望能找到引力介質粒子,並將這類粒子預先命名為引力子,只可惜事與願違,至今仍未發現引力子的蛛絲馬跡。重力是一種非常強大的力量,它在宇宙中隨處可見,小到一塊石頭,大到宇宙中的物體,沒有一塊沒有重力的物體,我們的地球能穩定地繞著太陽運轉,也是託著重力的福。
  • 人類之前的文明猜想:海洋有最古老的生物,螞蟻也曾強大無比
    人類之前的文明猜想:海洋有最古老的生物,螞蟻也曾強大無比人類是地球上的一個獨特物種,因為我們曾經是別人的食物,但現在卻統治著整個地球,我們原本只會在地球上尋找食物,但現在我們正在探索宇宙,我們每個人都該為身為人類而驕傲。
  • 豈止是萬磁王的孩子強大無比,就連她們所找的對象實力都非同凡響
    喜歡看漫威電影的朋友都知道,萬磁王不僅實力強大,而且基因還非常強大,萬磁王的幾個孩子,什麼緋紅女巫、快銀還有北極星全都是實力強大無比,但是豈止上他們的實力強大無比,就連他們所招的對象實力也全都非同凡響。今天小編就帶大家來盤點一下萬磁王的女婿還有兒媳們。
  • 威力無比的「往生咒」
    威力無比的「往生咒」(圖片來源:資料圖)咒語名稱往生神咒,全稱「拔一切業障根本得生淨土陀羅尼」,簡稱往生咒,是漢傳佛教寺院《早晚課誦集》中十小咒之一。咒語全文只有57個字,非常容易背誦,但是卻有無比強大的威力,持誦往生神咒,絕不僅僅是能未來得生淨土,更是在現生當世就能收穫非常明顯而且巨大的功德利益。持誦利益由於「往生」二字易使人誤以為此咒只與往生有關,只能讓念誦者或所祈求的特定對象「得生淨土」,而忽略了它的另一個極其重要的功效與意義,即「拔一切業障根本」消除業障的現世利益部份。
  • 這四個思想實驗到底有多強大?無比簡潔卻能改變世界
    這三個思想實驗都是無比簡潔優美的,但每一個都改變了世界。如果球的初速度繼續增大的話,它將落在山上,而且位置會越來越高,最終一定存在這樣一個速度,當球的初速度是這個速度時,球恰好繞地球一周而又能回到這個人的手裡,而不會有任何下落!那麼如果速度繼續增大呢?牛頓斷言,球將向天空飛去,而永遠不會下落。毫無疑問,今天的人造衛星就是這樣運作的。
  • 傳說中的十二祖巫,實力強大無比,合體可聚成盤古真身
    這樣的說法也有很多,那麼到底十二祖巫在神話中存不存在呢?其實十二祖巫只是小說中虛擬的角色,其中以十二種神話中的角色為例,演化成的這麼一種稱呼。那麼小說中的十二祖巫到底都源自那些神話角色呢?我們一起來看看吧!1.帝江:神話中曾經記載過這麼一種怪獸,它的長相就像一塊黃色的布口袋,沒有頭,但是背上卻有翅膀,這就是帝江!傳說帝江喜歡音律,懂得歌舞,是一種奇怪的大鳥!
  • 科幻生物基因:生物黑客在數字組成的世界裡無所不能,無比強大!
    生物黑客在數字組成的世界裡無所不能,無比強大!大家好,小編今天又和大家見面了!下面小編繼續為寶寶們推送小說系列,生物黑客在數字組成的世界裡無所不能,無比強大!有喜歡這類小說的小主們可以收藏一波!關注小編會有更多的好文在等著你哦!
  • 非人哉:紅孩兒「牛族血統」無比強大?觀音:在我眼裡都是浮雲!
    非人哉:紅孩兒「牛族血統」無比強大?觀音:在我眼裡都是浮雲!這一天,哪吒在外面逛街,碰到紅孩兒在旁邊很是傷心,哭得很大聲,就走過去問道:你怎麼了,怎麼這麼傷心啊,是不是誰欺負你了,跟我說,我去幫你報仇!紅孩兒說道:我覺得我真的快變成一頭牛了,我現在每天都只想泡在水裡,還變得只愛吃蔬菜沙拉!
  • 宇宙無比驚奇的七大奇觀,無比美麗壯觀的恆星雪天使星雲
    宇宙是無邊無際的,宇宙是神秘令人嚮往的,同時宇宙也是無比美麗的,有著無數美麗壯闊的奇觀,小編今天就帶領朋友們走進宇宙七大奇觀,去感覺它們的震撼與美麗。一、在距離地球170000光年的星空深處,有一處令人著迷的星座,它就是30劍魚星座。
  • 引力到底是什麼,可能它並不是力
    它仿佛是個「醉漢」左搖右擺。是什麼造成天王星的運行軌道「異常」呢?於是天文學家大膽猜想在天王星的外側一定還有一顆行星「拖曳」著天王星使其軌道異常。1844年,天文學家勒維烈利用牛頓力學通過天王星運行的偏差反推出另一顆新行星的位置。在德國天台加勒的幫助下,他們在1846年9月23日在預定的天區發現了太陽系第八顆行星——海王星。這無疑是牛頓萬有引力定律最輝煌的時刻。
  • 地球的引力突然消失,會產生什麼樣的影響,引力的本質是什麼?
    它的作用範圍幾乎無限,充斥在宇宙間的所有角落。電磁力是圍繞原子運動的電子產生的相互作用力,也是日常生活中各種作用力的宏觀表現,比如阻力、拉力和摩擦力等等。弱力和強力是作用於原子核內部的力,其中弱力是4種力中最弱的,但它的作用卻非常大,原子之所以會衰變,就是因為弱力導致的,正是弱力的存在,構成世界的物質才會那麼的豐富多彩。
  • 引力的本質是什麼?這個答案你可能會接受
    引力的本質是什麼? 圖2 地球與月球引力的本質是什麼呢?這樣就避免了絕對時空和「萬有」引力的問題。愛因斯坦效法法拉第引入磁場的做法,引入了引力場。地球在周圍產生引力場,蘋果在引力場作用下下落,沒有超距作用。引力的本質是什麼呢?愛因斯坦認為不是「萬有」,是時空扭曲。但時空扭曲的原因是物體的質量效應,還是「萬有」的翻版,依然沒有跳出「萬有」的窠臼。1916年,愛因斯坦由廣義相對論推導出引力波。
  • 淇樂無比是什麼意思?一頭霧水的你進來漲漲姿勢
    淇樂無比是什麼意思?一頭霧水的你進來漲漲姿勢時間:2021-01-07 20:18   來源:語文指揮中心   責任編輯:沫朵 川北在線核心提示:原標題:淇樂無比是什麼意思?一頭霧水的你進來漲漲姿勢 淇樂無比: 沉浸在蒙淇淇帶來的凡爾賽快樂中,枯燥痛苦的周一,因為淇文的出現變得有趣了許多。
  • 人類的本質到底是什麼?
    人類的本質是什麼?有人說人類的本質是複讀機。
  • 浩瀚宇宙存在著2萬多億個星系,背後有一股神秘強大的力量在推動
    對於暗物質相信很多朋友都知道,雖然我們現在我們還不知道它的本質到底是什麼,也沒有真正採集到任何的暗物質,但是通過宇宙中種種神秘的現象,我們卻可以肯定暗物質的存在。而且暗物質在宇宙的量是非常龐大的,根據目前的研究,科學家認為暗物質約佔宇宙物質的26%,這個數字是可見物質的2倍還要多。
  • 外表很憨,但內心無比精明的3個星座
    也許時間久了,他們也分不清到底哪個才是真正的自己,真到了那個時候,也許這一切都不再重要了吧。有的人看似很精明,但內心卻無比的單純。而有的人看起來很單純,但內心卻十分精明。那麼哪些星座是屬於外表很憨,但內心無比精明的呢!金牛座:金牛座在平時總是一副老實憨厚的樣子,也不會和別人起衝突,就算是和別人發生矛盾,也總是憨憨的一笑,好像什麼都不在意的樣子。
  • 引力的本質是什麼?牛頓和愛因斯坦誰的理論更準確?
    關於引力到底是什麼,自古以來就有許多學者討論。即使是時至今日,依舊有很多人科學家在研究這方面的內容,比如:超引力理論。所以,或許在未來還有可能會出更具普適性的引力理論,不過,現在看來,關於引力的理論,最為主流的科學理論還是廣義相對論。
  • 萬物之間都有引力,萬有引力的本質到底是什麼?
    按照愛因斯坦廣義相對論的詮釋,引力的本質就是時空彎曲。在上世紀初期,愛因斯坦通過廣義相對論給出了引力的本質,並描述了時空,物質與運動之間的關係,這就是著名的愛因斯坦引力場方程: