牛顿发现了万有引力,爱因斯坦站在牛顿肩上发现了引力的本质
牛顿发现了伟大的万有引力定律,不过牛顿的发现也是建立在前辈们不怕牺牲英勇奉献的基础上,难怪牛顿本人也曾这样说道:站在巨人的肩膀上。
这些巨人包括了最早的哥白尼,到后来的布鲁诺,开普勒还有伽利略等科学巨人,尤其是开普勒提出的行星运动的三大定律,是万有引力定律的基础。而伽利略对运动和静止的深刻观察也给了牛顿很大的启发,让他最终通向了万有引力的奥秘。
比如说,伽利略通过对日常生活的深入观察,给出这样的总结:一个物体不受外力作用时,总会保持原有状态不变,也就是静止或者匀速直线运动。其实这就是后来的惯性定律。
而牛顿发现了一个问题:地球的运动并不是匀速直线运动,这意味着一定有某个力量作用在了地球上,这种力量到底来自哪里呢?
于是就有了一个非常著名的故事:苹果落地。牛顿受到了苹果落地的启发,让他顿时有了灵感,让他很快提出了万有引力定律,作用于地球的力量正是来自太阳的引力。
当然,苹果落地仅仅是一个故事,牛顿当然不可能仅凭苹果落地就想到了万有引力,那是不可能的,没有之前大量的科学知识积累,是不可能产生灵感的。我们每个人每天都会看到类似苹果落地的现象,但不会有谁去问为什么。
万有引力告诉我们,万物之间都有引力,引力就像一根无形的绳子一样,作用于万物之间。就好比太阳和地球之间就有一根隐形绳子,太阳一直拉拽着地球做圆周运动,就像链球运动员拉拽着链球做圆周运动一样。
牛顿提出万有引力定律之后,人们终于明白了万物的运动规律,知道了一切都是引力的作用。以至于几百年后的今天,万有引力定律仍然发挥着巨大作用,人类对太空的探索过程,会不断发射各种探测器,这发射过程都是以万有引力定律为理论指导。
不过,牛顿自己非常清楚,万有引力定律虽然很伟大,但有一个致命问题没有解决:引力到底来自哪里?总不能无缘无故产生吧?
日常生活经验告诉我们,任何力的作用都需要依赖某种物体,说白了,力的作用是需要介质的,那么两个物体的引力作用的介质又是什么?太阳和地球之间看起来空无一物,到底靠什么来传播的呢?
任何时代都有一定的认知局限性,哪怕是牛顿这样伟大的人物也无法突破时代的局限性。在牛顿眼里,万有引力是超距作用,能瞬间传递,不需要时间。但这样的解释确实相当抽象,很重要的一点,牛顿始终无法诠释引力的本质。
这个艰巨的任务留给了另外一个同样伟大的物理学家,爱因斯坦。这次站在巨人肩膀上的人物换了一个人,爱因斯坦站在了牛顿的肩膀上,不但提出了引力的本质,而且彻底颠覆了人们对引力的传统认知。
爱因斯坦提出了伟大的相对论,其中广义相对论表明,时空是相对的,很有弹性,而引力的本质其实就是时空弯曲。换句话说,引力其实是不存在的,它只是时空弯曲的表象罢了。
那么,既然引力并不存在,为什么至今人类还用万有引力定律指导发射各种探测器呢?这就体现了科学的另一面:实用性。
科学确实是一门严谨的科学,但更需要实用性。无论多么严谨的科学,如果不具备实用性,就毫无意义。万有引力定律只是时空弯曲的表象,也是特例。在低引力世界里,万有引力定律几乎等同于时空弯曲对引力的描述。
更重要的是,万有引力定律公式非常简单,而时空弯曲下的引力场方程非常复杂,在日常生活中,显然人们更原因接受简单的东西。而万有引力定律虽然只是广义相对论的近似值,但已经足够精确,极其微小的差异完全没有任何影响。
另外强调一下,所谓的时空弯曲并不是“向下”弯曲,因为太空中没有“上下”的概念。网络上对时空弯曲的解释通常都是“向下弯曲”,目的是让大家通俗理解何为时空弯曲,其实是不严谨的。
时空弯曲的方向是朝着物体的质心,同时物体的运动也会拉拽着周围时空一起运动。总结起来就是:物体告诉时空如何弯曲,时空告诉物体如何运动!
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