牛頓提出萬有引力,愛因斯坦卻說引力不存在,相對論顛覆你的常識

2020-09-10 夕艾依

每一次新的科學理論誕生,都會帶來一場理論的衝擊。可是在這場新理論的衝擊波中,不同的科學家有著不同的命運。達爾文提出進化論,受到上帝教徒的猛烈抨擊;哥白尼提出日心說,險些被火燒死;現在被我們廣泛接受的大陸漂移學說,魏格納在提出之時也是受盡辱罵。

愛因斯坦卻是幸運的,他顛覆了物理學開山鼻祖牛頓提出的經典時空觀,卻幸運地趕上了天有異象,驗證了自己的理論並得到了學術界的認可。

愛因斯坦的一生充滿傳奇,他的相對論更是物理學上的一朵奇葩。

前物理學家,現科學作家萬維鋼所著《相對論究竟是什麼》這本書,從理論物理的發展歷史出發,為我們講述愛因斯坦和他的相對論。

相對論的誕生居然是一場看破紅塵的旅程

人生有三重境界,一是看山是山,看水是水,二是看山不是山,看水不是水,三是看山還是山,看水還是水。到了第三重算是看破了紅塵。

萬維鋼指出,物理學就是一場看破紅塵的旅程。普通人每天過日子,看太陽升起落下,看璀璨星空,看山川河流靜靜流動,可物理學家卻偏要看破這一切的本質。天狗食日是日食現象,太陽的升起落下遵循著行星運行的規律,而我們所見到的光也有著相應的特性。

我們的祖先崇拜天空,創造了很多關於上天的故事,比如天庭王母、牛郎織女的鵲橋之約等等。天空對我們來說本來是很神秘的存在,古人還要祭天求得風調雨順,可是物理學家卻看破宇宙的本質。天空還是那片天空,只不過不再神秘。

相對論的誕生也是如此。一個物體,最初我們看到的它就是靜態的,是完完全全的它,可當它運動起來,在我們的眼裡,就因為遠近有了大小之分,而它運動的聲音也有了高低之分,那麼運動的物體還是原來的物體嗎?不,他們還是原來的物體,只不過我們更理解它的本質了。

世界上的萬事萬物,都在不斷地變化,這樣的相對論頗有那句「人不可能兩次踏進同一條河流」的哲學意味。

這一觀點恰恰拓展了牛頓力學,牛頓經典時空觀認為,不管是靜止的物體還是運動的物體,周圍的時間空間都不會因為物體而發生變化。可相對論時空觀卻認為時間和空間與物體的運動狀態有關。那麼當時空發生變化時,我們該怎麼辦?

這種感覺就好像是,我們在一個運動的球裡走動,天旋地轉。那麼相對論會讓我們頭暈目眩嗎?

相對論究竟有哪些讓人感到不可思議的地方?

書中介紹了很多有意思的相對論。相對論的一個重要結論是,在同一個坐標系下看是同時發生的兩件事,在另外一個坐標系看就可能不是同時的了。也就是說,你的當下只是你在自己坐標系下的一個幻覺,在別人看來你的當下與他的當下,完全沒有牽扯。

更神奇的是相對論還暗藏長壽的秘訣。相對論可以讓一個運動物體的時間變慢,這個效應叫做時間膨脹。一個人若是從地球坐飛船,飛向遙遠的星球,由於飛船上的時間比地球上的慢,一個人經歷的時間要比地球上的人少得多,壽命居然不費吹灰之力地就被延長了。

在廣義相對論中,時空還可以是彎曲的。整個時空就好像一個蹦蹦床,而物體在上面運動會帶來蹦蹦床的形狀變化。而這個物體的質量越大,自身的尺寸越小,蹦蹦床的彎曲程度就越大。目前最大,最彎的蹦蹦床要數黑洞,我們看到的黑洞內部沒有光線射出,是一條有去無回的路,就好像一團泥沼,吸住了周邊的時空。

這麼一看相對論確實讓人有點眩暈。但是在眩暈的世界裡不迷失自己的判斷力,才是真正的英雄。而愛因斯坦,無疑是那個真正的英雄。

真正的英雄打開潘多拉的魔盒後,還能保持鎮定

愛因斯坦的相對論並不是一蹴而就的,它雖然顛覆了牛頓的理論,卻在牛頓經典力學的基礎上進行了傳承和創新。

相對論就像一個潘多拉的魔盒,打開之後是鋪天蓋地的奇妙宇宙世界。周圍的時空會彎曲,人的壽命可以延長……

可愛因斯坦從不止步於已有的發現,除了時空的特殊性,他還提出光並不像水流一樣連續流動,而是一小份一小份的光子,也就是現在我們說的量子。量子屬於微觀的領域,而之前的相對論屬於宏觀的領域。

可惜的是,愛因斯坦首先提出量子概念,卻沒能把量子理論發揚光大。量子力學的世界裡沒有確定性,只講概率,愛因斯坦不相信,他說上帝不會擲骰子。

他反對不確定的量子力學,認為哪怕是微觀世界,物理定律也完全可以計算一切。只是一直到1955年離世,他也沒能統一宏觀和微觀的理論。

《相對論究竟是什麼》這本書中用淺顯易懂的語言介紹了愛因斯坦探索研究相對論的一生,雖然最後他並沒有找到統一宏觀和微觀的物理計算方法,但是它的相對論帶給我們一個奇妙的宇宙世界,原來我們的身邊無時無處都在變動。

而我們能做的或許是在變動之中,保持鎮定,不沾沾自喜。科學研究一直在向前發展,愛因斯坦之後有顛覆思維的量子力學,之後一定還有更多刷新認知的新發現。潘多拉的魔盒打開了,但是學習的腳步不該停下。

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  • 牛頓提出萬有引力,愛因斯坦卻說引力不存在,相對論顛覆你的常識
    達爾文提出進化論,受到上帝教徒的猛烈抨擊;哥白尼提出日心說,險些被火燒死;現在被我們廣泛接受的大陸漂移學說,魏格納在提出之時也是受盡辱罵。愛因斯坦卻是幸運的,他顛覆了物理學開山鼻祖牛頓提出的經典時空觀,卻幸運地趕上了天有異象,驗證了自己的理論並得到了學術界的認可。
  • 牛頓的萬有引力深入人心,可為什麼愛因斯坦卻說引力並不存在?
    牛頓的萬有引力定律後來,哥白尼首先對地心說提出了質疑,並提出了日心說模型。伽利略發現並不是所有的天體都繞著地球轉,並提出地球可以動的理論。而幾乎在同時,克卜勒發現了行星繞著太陽的軌跡其實是橢圓。克卜勒的師傅第谷觀測到了超新星和彗星的現象,證明了天界並不是完美的。
  • 牛頓的萬有引力,愛因斯坦的相對論
    牛頓在科學人類貢獻史有三部分,第一,力學的萬有引力和牛頓三大力學定律,第二,光學的光譜光粒子研究,第三,數學的微積分,牛頓在力學方面發現的萬有引力定律是在大概1665-1666年,傳言是在一棵蘋果樹下發現的,牛頓力學三大定律是總結前人的經驗和觀點,尤其是伽利略提出的少部分科學理論,光學是牛頓拿一塊稜鏡在家裡做實驗
  • 萬有引力真的存在嗎?是相對論推翻了牛頓的萬有引力嗎?
    學過物理學的都知道萬有引力,牛頓說,一切物體都有引力,物體的質量越大引力就越大,物體間的距離越遠,引力就越小。愛因斯坦的相對論徹底詮釋了引力到底是什麼?相對論以一種新的理論證明了引力這東西根本不存在。
  • 牛頓萬有引力遇上愛因斯坦相對論,愛因斯坦才是那顆最亮的星
    提起牛頓和愛因斯坦沒有人會感到陌生,反而更多的是尊敬和膜拜。畢竟這兩位科學家太厲害了,他們所做的貢獻可以毫不誇張的說是前無古人後無來者。選擇兩位最偉大的科學家其實空間還是很大的,但如果要讓你只能選擇一位最偉大的科學家呢?這個時候牛頓和愛因斯坦誰會佔據C位呢?
  • 牛頓的萬有引力定律與愛因斯坦的相對論有什麼聯繫和區別?
    傳說牛頓發現萬有引力是樹上的蘋果砸到頭上砸出來的,這當然是閒扯,但現在愛因斯坦發現了梯子的上面幾級,就能夠爬到樹上把蘋果摘下來,解剖蘋果發現了更深層次的秘密。說白了,就是愛因斯坦的狹義相對論和廣義相對論比萬有引力定律站得更高,指導意義更深遠。
  • 引力原來不是「力」,牛頓萬有引力定律早已被愛因斯坦相對論推翻
    而這就是數百年前被牛頓總結出的萬有引力定律。並且在牛頓之後的兩百年之中,由於有越來越多天文觀測的結果符合運用萬有引力定律所計算出的結論,而被認為是絕對的真理。而即使有少數不符合定律的,也被當成是計算錯誤或者是有觀測不到的影響因素。
  • 愛因斯坦提出廣義相對論後,牛頓的定律是錯的嗎?
    牛頓不是第一個注意到蘋果從樹上落下來的人,他偉大的洞察力表現在,他以數學的形式展示了使蘋果落向地面的力一定與使月球按照軌道運轉的力是同一種。牛頓引力概念的核心——現在被稱為萬有引力定律——即宇宙中每個物體與其他所有物體間都存在吸引力。而且這力量的強弱與它的質量成正比,也就是說,一個物體質量越大,它的引力就越強。
  • 從萬有引力到廣義相對論,什麼才是引力的真面目?
    從那個蘋果砸中牛頓的一刻開始,牛頓忽然意識到是重力在導致蘋果下墜,而且不僅是大地,任何一個有質量的物體都具有引力,所以任何兩個物體都會相互吸引,這就是萬有引力。以牛頓的理論作為基礎,經過了上百年的研究和測量,人類最終找到了萬有引力常數G,於是我們擁有了萬有引力公式。
  • 從萬有引力到廣義相對論,什麼才是引力的真面目?
    從那個蘋果砸中牛頓的一刻開始,牛頓忽然意識到是重力在導致蘋果下墜,而且不僅是大地,任何一個有質量的物體都具有引力,所以任何兩個物體都會相互吸引,這就是萬有引力。以牛頓的理論作為基礎,經過了上百年的研究和測量,人類最終找到了萬有引力常數G,於是我們擁有了萬有引力公式。
  • 廣義相對論比牛頓萬有引力理論更正確嗎?萬有引力理論是錯的嗎?
    關於愛因斯坦的相對論和牛頓的萬有引力理論哪個更正確,目前來看顯然是相對論更為正確。我經常看到大家都堅持說愛因斯坦的廣義相對論並沒有推翻牛頓的萬有引力理論,牛頓的萬有引力理論依然是正確的。但我個人認為其實牛頓的萬有引力理論和愛因斯坦的廣義相對論只能有一個是正確的,因為它們的根基不一樣,不可能同時正確。牛頓的萬有引力是以平坦的絕對空間作為背景的,而愛因斯坦的廣義相對論是以彎曲的時空作為背景的。
  • 牛頓是如何統一力學江湖,發現萬有引力的?
    不過令牛頓沒有想到的是,自己的力學竟然會被兩個理論所顛覆,第一個就是相對論,第二個就是量子力學。相對論的誕生更進一步地揭示了「引力」的本質,原來引力壓根不是力,只是時空彎曲造成的一種效果,所以牛頓力學的第一定律:一個物體如果不受力永遠保持靜止或勻速直線運動,這個定律就被顛覆了,因為廣義相對論裡面引力不再是力,所以地球其實並未受到太陽的萬有引力,但是地球仍然做了橢圓周運動,這說明一個物體不受力時未必會靜止或者做勻速直線運動,也可能做圓周運動。同時牛頓的第三定律也被顛覆了:力的作用總是相互的。
  • 對於引力的理解,牛頓理論和愛因斯坦廣義相對論的區別在哪裡?
    《對於引力的理解,牛頓理論和愛因斯坦廣義相對論的區別在哪裡?》本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽。一切物理問題都是測量問題,就如一切生物問題都是進化問題一樣。萬有引力定律與廣義相對論的區別,就要從測量的角度去講述。
  • 牛頓提出萬有引力,我們也能感受到引力,愛因斯坦為何說它不存在
    筆者:三體-小遙數百年前,牛頓在蘋果樹下得到靈感,提出了萬有引力的重要觀點,奠定了物理學的基礎。作為力學三大經典理論之一,萬有引力的出現,也為人們探索宇宙天體的運行規律提供了理論支持。實際上,牛頓並沒有對引力的形成原因進行深入的闡述,這也留給後人許多值得探討的空間。有觀點認為,有了引力才產生了重量;也有觀點認為,有了引力才有重量。愛因斯坦同樣對引力進行了深入的研究,他的觀點更偏向於後者,甚至認為引力很有可能並不存在。
  • 愛因斯坦偉大,僅僅是因為相對論?(前篇)
    其實愛因斯坦在發現狹義相對論後,雖然對顛覆了人類長久以來的直覺,但是有個東西並未改變,那就是探索物理規律的技術路線。什麼叫做探索物理規律的「技術路線」?其實就是指人類在尋找物理規律的整個過程中,經常會用的的一些方法。其實你此刻可以假象下自己就是一個物理學家,然後你要去探索某個物理現象遵循什麼規律,你會如何做呢?
  • 愛因斯坦為什麼要提出相對論?
    所以很多人就對相對論提出質疑,認為相對論不合理,認為相對論不可信,認為相對論憑什麼規定光速是不變的,認為從相對論公式根本就推導不出光速不變的結論來,相反,從牛頓定律卻可以推導出光速是可以變的。問題出在哪?
  • 牛頓萬有引力定律能解釋廣義相對論三大預測嗎?
    1687年,牛頓發表了《自然哲學的數學原理》,其中萬有引力定律成功解釋了天體的運動。並且,萬有引力還幫助科學家發現了海王星的存在。但是,對於大質量和高速運動的物體,牛頓萬有引力定律不再適用,而愛因斯坦的廣義相對論卻彌補了這一缺憾。其中,最著名的當屬黑洞的存在和水星的近日點進動。
  • 顛覆物理世界的廣義相對論
    由於廣義相對論理論十分嚴謹,而且獲得了天文觀測上的證實,在問世後不久便引起了極大的轟動,現代物理學的大門從此正式開啟。時至今日,廣義相對論已誕生整整100年,廣義相對論不僅改變了全人類對時空乃至整個宇宙的認識,還大大推動了科學技術的發展。或許,直到現在你根本不清楚什麼是廣義相對論,但它的確已經深刻地影響了整個人類社會,直接或間接地影響了我們每一個人。
  • 牛頓說存在超距作用,但被相對論推翻,如今又出現一個,無法解釋
    在牛頓創立經典力學之前,當時的物理學界認為物體之間的一切作用力都是近距作用,兩個不接觸的物體想要產生作用力一定要通過中間的傳播媒介進行傳遞,而超距作用是指:兩個不發生接觸的物體之間存在著直接、瞬時的相互作用,不需要任何媒質傳遞,也不需要任何傳遞時間,所以當時的物理學界是不相信存在超距作用的,直到英國有一個叫牛頓的人有一天偶然被樹上掉下來的一個蘋果砸了一下腦袋,
  • 也是英國的一場疫情,讓牛頓提出了萬有引力,統一了宇宙運動規律
    要說萬有引力,幾乎沒有人不知道的。這是英國著名的物理學家艾薩克·牛頓在1687年提出的力學理論。這種引力存在於宇宙中大小角落,大到月球、地球、太陽、星系、黑洞……小到分子、原子、原子核……也就是說,只要有質量的物體都有引力。