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解读人类对引力的探索史,一步步接近万有引力的本质!

引力,在我们身边无处不在,它是我们能够安稳地站在地面的原因。或许是对引力太习以为常了,以至于我们经常会忽略引力的存在,也

引力,在我们身边无处不在,它是我们能够安稳地站在地面的原因。或许是对引力太习以为常了,以至于我们经常会忽略引力的存在,也很少会追问引力更本质的东西。

但是科学家们就不一样了,他们具有常人不具备的敏锐嗅觉,好奇心和探索欲望极强,很多被普通人认为理所当然的事实,科学家总是会问为什么。

先从日心说和地心说的较量说起。

地心说统治了上千年,直到哥白尼的出现,动摇了地心说的统治地位。哥白尼通过不断观察发现,如果天体围绕地球运行的话,运行轨迹显得复杂。如果天体都围绕太阳运行的话,运行轨迹就非常简单。

按照“奥卡姆剃刀”原理的诠释,如无必要勿增实体,哥白尼大胆提出了日心说,太阳代替地球成为中心。哥白尼的行为惹怒了当时的宗教人士,被认为触犯了天条,结果被活活烧死。

但是哥白尼的死去并没有阻挡真理的到来。布鲁诺继承了哥白尼的思想,甚至比哥白尼更激进。

布鲁诺不但支持日心说,更是提出宇宙是无限大的,而太阳只是无数恒星中非常普通的一颗。在这种观点下,人类和地球渺小得如同蝼蚁。结果与前辈哥白尼一样,布鲁诺同样被烧死。

接下来,一位天文学家的出现,开启了人类认识太阳系的新篇章,他就是开普勒。他提出的三大定律让人类首次认识到了太阳系的运行规律,这三大定律也成为牛顿经典力学的基础。

第一,太阳系所有行星围绕太阳运行的轨道都是椭圆形,而太阳位于椭圆的焦点上。

第二,距离太阳近,行星的速度就快,反之就慢。单位时间内行星扫过的面积相等。

最后一条,行星公转周期的平方与轨道半长轴的立方成正比。

上面就是在牛顿之前,人类对太阳系的研究历史。除此之外,还有另外一个伟大的物理学家伽利略,他提出了物体运动与力之间的关系,认为静止的物体在没有外力作用时,会一直保持静止。而运动的物体在没有外力作用的情况下,会一直保持匀速直线运动。

实际上伽利略的思想就是惯性定律的雏形,只不过当时的伽利略并不知道其中的原因。

在开普勒和伽利略之后,另一位物理学界大佬终于登场了,他就是牛顿,继承了前辈们的思想,牛顿终于提出了伟大的万有引力定律。

当时的牛顿一直有一个疑问,既然伽利略说不受外力作用的运动物体,会一直保持匀速直线运动,那么地球为什么不是匀速直线运动呢?

很显然,肯定某种力作用在了地球上,改变了地球的运行轨迹。这种力到底来自哪里?

看到苹果落地启发了牛顿,给了他灵感,万有引力理论呼之欲出。当然整个过程肯定不会如此简单,这里只是简单描述。

虽然提出了伟大的万有引力,但牛顿知道还有一个更大的问题没有解决:引力到底是如何产生的?万物之间为什么会有引力!

任何时代都有无法突破的局限性,牛顿时代也是如此,牛顿不知道问题的答案,但他知道引力的背后肯定隐藏着更深层的宇宙奥秘。我们当然不能怪牛顿没有发现,他显然已经做得足够好了,但时代的局限性让他无论如何是不能突破的。

这个问题其实也为后来的相对论埋下了伏笔。也就是引力到底是如何传递的?

日常生活常识告诉我们,如果想推动一个物体,就需要接触这个物体,不可能实现隔空打物。所以说,力的传播是需要有介质的。

那么引力的介质是什么呢?人们苦苦寻找但就是找不到。无奈只能假设一种叫做以太的物质,以太就是引力传播的介质。

但是科学是讲究证据的,光假设显然是不行的,没有任何说服力。所以在很长一段时间里,科学家进行大量实验来寻找以太,但都无疾而终。反而越来越多的实验证明以太是不存在的。

直到爱因斯坦在1915年提出了广义相对论,一种全新的引力理论,让真正解决了引力的传播介质问题,也让我们接近了引力的本质。

广义相对论认为,引力的本质其实是时空弯曲。时间和空间是有机的整体,简称时空,两者不可分割。而且时空结构并不是绝对不变的,而是相对的,非常有弹性,就像一块弹性布料那样,可以伸缩,拉扯,甚至撕裂。

说白了,在爱因斯坦看来,引力其实是不存在的,它只是时空弯曲的表象而已。

任何有质量的或能量的物体都会影响周围的时空,压缩时空,具体是如何压缩的呢?

由于宇宙并不存在所谓的上下这种概念,所以网络上很多示意图其实并不严谨,并不是向下压缩,而是朝着物体的质心方向压缩,示意图也是为了更直观通俗地让我们了解而已。

具体来讲就是,时空告诉物体如何运动,物体告诉时空如何弯曲。

当然,这并不是说牛顿的万有引力理论就是错的,就没有用了。事实上,如今统治我们世界的仍旧是万有引力理论。

万有引力理论是广义相对论的特例和近似值,而只有大质量的天体对时空的影响才比较明显,在我们生活的地球上,万有引力仍旧十分精确,根本用不着更为精确的广义相对论。只有上升到宇宙的尺度,广义相对论的精确性才能体现出来。

评论列表

Ydccaep
Ydccaep 2
2023-03-12 07:29
自发裂变反应的预测和发现,是原子能利用的直接原因。与爱因斯坦有啥关系?质量亏损是他发现的吗?不知道他如何将沙子变成能量?如何将能量变成质量? 偷了别人的媳妇“动能公式”还把她变性成和尚“质能公式”…那个莫名其妙的能量是动能还是势能?——解释光电效应,用了普朗克的光子能量,还有其它人的动能公式,能量守恒,做一个别人实验数据结果的拟合,伟大吗?物理机制根本木有涉及,光电效应的阴极光谱特性根本不是线性的。——原来他还干过采用牛顿引力常数否定万有引力定律的丑事!——相对论篡改洛伦兹变换,洛伦兹遗憾的说“对于我,只有真正的时间,。。。都是爱因斯坦干的(破坏时间基本概念的荒唐事?)”
用户18xxx38
用户18xxx38
2023-02-26 11:45
单独的万有引力是不存在的,它与万有排斥力同时自然客观事实,因此统称为万有引斥力,宇宙轻重元素(粒子)物质(即阴阳)对立统一相互作用自然形成万有引斥力。详见《守正创新国学现代化》一文。龚木益
Ydccaep
Ydccaep
2023-02-28 23:21
牛顿理解的引力:不创造假说,综合系统归纳、只能如此存在、必要的充分的。空间弯曲与空间可入矛盾吗?如何理解抛物初速度不同轨迹差异很大?…………演绎得到引力公理?自然存在有因果?悖论斯坦antinomystein 之神奇也!
Ydccaep
Ydccaep
2023-02-28 23:22
悖论斯坦说:“这是一个未开化的民族”,“到处充满了千变万化的恶臭。”“上帝啊,假如让中国人取代了其他人种,对我来说是不可想象的事情,光是想想就让我郁闷了。”
Ydccaep
Ydccaep
2023-02-28 23:22
坐在高速飞行的船上,或站在不同的位置,都会引起观测时间(意识)的延迟或提前,不是改变了观测对象,也没有改变观测者。观测雷电声音的先后不能改变雷电的数量、尺寸和寿命。“钟慢”、“尺缩”和“祖父悖论”都是源于荒谬的“创造假说”,破坏了人类几千年的传统时空观,更大的问题是谎言需要更多的谎言。……悖论斯坦创造一双鞋,号称适合所有人的脚,精度还特别高。小心他偷偷割烂你的脚(时间、空间、质量、场)。
用户18xxx38
用户18xxx38
2024-02-04 13:00
宇宙自然界不仅有万有吸引力,同时还有万有排斥力,因它们同时自然客观存在,故统称为万有引斥力,其来源于宇宙轻重元素(粒子)物质(即阴阳)对立统一相互作用力,其中同质量元素(粒子)物质相互作用自然产生万有吸引力,而异质量元素(粒子)物质相互作用自然产生万有排斥力,它们同时自然客观存在,故统称为万有引斥力。详见《守正创新国学现代化》一文。龚木益