万有引力公式 关于引力,爱因斯坦是对的( 三 )


两个黑洞在接近的过程中激发出引力波示意图
基于相对论的其它预言:黑洞、视界事件与奇点;时间的测量是相对的,在强引力场中时间会减慢——对于观察者B来说,A的速度越快,时间越慢,而对于A自己来说他的时间是正常的;宇宙膨胀与宇宙演化;双星系统通过引力辐射损失能量,从而使其相互靠近,如果它们是中子星,会发出规律的脉冲信号,从而形成脉冲星 。
所有以上的预言有些已经通过观测与实验得到了验证,有些部分得到了验证,所有的这些都是万有引力理论所力不能及的 。
既然广义相对论是对的,就证明万有引力错了吗? 科学并不是非此即彼 。
牛顿的万有引力理论认为,物体因为有质量才拥有引力,你可以认为牛顿已经解释了引力的本质,它就是物体质量的表现 。
而爱因斯坦因为他的狭义相对论,加上19世纪中叶麦克斯韦场方程、洛伦兹变换等一系列电磁学研究的成果,其核心是对空间与时间的描述 。他将物体的质量与其能量相等效,认为能量等同于质量 。爱因斯坦也知道两个物体之间的引力与它们的质量成正比,所以他说物体的质量决定了能量-动量密度,能量-动量密度造成时空曲率,并且与时空曲率成正比,进而确定了引力场的强度 。
牛顿与爱因斯坦
由此造成的不同是,牛顿的万有引力是瞬时的,相对论则认为引力是场,它与光速相同 。假设太阳瞬间消失,按照万有引力定律,地球会同时脱离轨道;而相对论则认为地球将在8分钟之后才会脱离 。牛顿不考虑时间变化,而爱因斯坦认为时间也会发生扭曲(由此会造成一个奇怪的现象,两个走时极准的原子钟,从地面上看,卫星上的那一台会慢一些,而在卫星上看它并没有变慢) 。
万有引力定律没有错,它只是不适用于某些场合 。
熟悉现代物理的朋友都知道,广义相对论也并非绝对正确,它并不适用于微观粒子世界的解释,并且到目前为止也没有出现任何一个理论能将相对论与量子力学相统一 。同样地,未来人类在对更加广阔空间的探索中,必然会发现更多相对论无法解释的现象 。
直到今天,我们依然在利用万有引力定律来解决身边的许多力学问题,一方面在许多物理场合我们用不着那么精确,另一方面因为万有引力定律简单且优雅 。这就像是你学会了微积分,但在去超市购物时却用不着它,你只需要用到小学时学会的加减乘除就足够了 。


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