万有引力理论大家再熟悉不过了吧,只要上过初中上过物理课的同学都知道万有引力。据说牛顿因为苹果从树上掉下砸到他头上,而发现了万有引力。根据牛顿的万有引力理论,有质量的物体会相互吸引,只不过万有引力和距离成反比,和质量成正比,这是引力的核心思想。根据这个理论,笔者和正在读这篇文章的你也有相互的万有引力哦。
不过,不过,今天我要告诉你万有引力不是一种力,或许会颠覆你的认知哦。
首先给结论:
万有引力其实真的不是一种力,而是时空弯曲形成的结果。
也许聪明的你,已经知道了这个答案,也许不知道,没关系,笔者和大家一起来再学习一遍吧。
一、牛顿万有引力的缺陷
牛顿万有引力非常完美的解释了在低速状态下的几乎所有经典力学问题,有一个缺陷:
引力是靠什么物质(介质)传播的?
生活中你要搬动一个物体,比如电脑,就要接触到它,用手拿起来,不可能凭空移物(科幻片除外,哈哈),这时候手就是力传播的介质;或者还可以通过中间的介质比如电脑桌,推动电脑桌让电脑移动,这时候电脑桌和手都是力传播的介质。我可以用嘴巴把一张纸吹走,那力的介质是什么,聪明的你肯定想到了,空气是力传播的介质,只是空气我们看不到罢了。
地球和太阳的平均距离大约为1.496亿公里,我们所喜欢的太阳的光从太阳开始发射到地球都需要8.3分钟(当然这个距离在宇宙中是很短很短的距离了),那么问题来了,在宇宙中,一个星球和另一个相隔那么遥远,彼此还有一种吸引力,那么谁来充当引力传播的介质?我们知道宇宙中星球之间基本都是真空,真空是不可能传递力的,引力作用也不可能是超距作用,那这个介质又由谁来充当?
这时候牛顿就借助了亚里士多德的以太概念,牛顿认为:正是宇宙中充满了看不见摸不着的以太,才使得引力的传递有了介质。
我们知道以太是古希腊哲学家亚里士多德所设想的一种物质,在亚里士多德看来,物质元素除了水、火、气、土之外,还有一种居于天空上层的以太。
以太观点认为,虽然以太不能被人们所感知,但是以太确能传递力的作用,无论是磁力还是月球对潮汐的吸引力,都是通过以太来传递的,并且认为力不是超距作用的。但是这个以太,让许多物理学家深陷其中!因为后人用了几百年的时间,进行了大量的实验,但是一直就是找不到以太的存在证据。
二、引力不是一种力,而是一种空间的扭曲和变形
在牛顿逝世150多年后,大神爱因斯坦出生了。我们知道爱因斯坦以相对论被大家所熟知,但是相对论到底讲了什么呢?以后笔者和大家一起来学习下相对论。其中,相对论中就解释了引力不是一种力,而是一种空间的扭曲和变形。
这句话怎么理解呢?我们用生活中的例子总下简单的比喻来做一个实验,(当然宇宙空间会复杂无数倍)
第一步,我们先想象一张床单,找四个人分别用力蜡烛床单的一个角把床单拉平。这个时候你在床单比较靠边的地方放一个小小的轻轻的乒乓球,因为乒乓球很轻,所以它会很安静的呆在床单上。
下一步,你再找一个很重的铅球,你把它放在床单的中央,由于这个铅球太重,它会把床单压下去,床单会向中间凹陷,这个凹陷就会让刚才第一步的乒乓球沿着床单的凹陷向铅球滚过去,所以给人的感觉就好像是乒乓球受到了铅球的吸引一样,好像是铅球也对乒乓球产生了一个万有引力。
如何解释小球的这种运动?牛顿引力理论说:小球被铅球的引力所吸引。而广义相对论说,因为铅球造成了它周围空间的弯曲,小球不过是按照时空的弯曲情形运动而已。
所以,引力不是一种力,而是一种空间的扭曲和变形,引力只是一种宏观的效果。本质上,地球或其他任意的一颗大的星球的存在,会让周围像床单一样发生了空间扭曲。
By the way。大家思考下引力波是什么呢?提醒下,还是以这个床单的比喻实验为基础进行思考。下期我们来认识下引力波是什么?