萬有引力和相對論是否矛盾?你怎麼看?

未來探索菌


廣義相對論的普遍結論告訴我們,質量引起時空結構的改變,從而導致萬有引力。所以題主根本就是在陳述事實,並未說明矛盾到底出在哪裡。

廣義相對論並與萬有引力不矛盾。但是,牛頓萬有引力定律與廣義相對論是矛盾的,二者只能一個成立、一個不成立。

要想理解為什麼牛頓萬有引力定律和廣義相對論是矛盾的,首先要理解牛頓萬有引力定律到底有什麼問題是廣義相對論不能接受的。我們先把牛頓萬有引力定律忘掉,因為牛頓給出的公式太幼稚簡單,不能說明引力場的動力學演化問題,為此我們需要將其改寫為拉普拉斯方程或者泊松方程。拉普拉斯方程是齊次泊松方程,它是一個二階常係數偏微分方程,但僅僅是對空間座標求二階偏導數的方程,被求導的函數是一個標量場,這說明牛頓萬有引力的描述的是一個標量場,而且該場的傳播速度是無限大。這個結論需要題主學習經典波動力學,經典波動力學告訴我們,以有限大速度傳播的場,其場方程一定存在場函數對而時間純二階偏導數再除以場傳播速度平方的一項,如果這一項不存在,那麼意味著場傳播速度為無限大。也就是說,拉普拉斯方程或者泊松方程反映牛頓引力論是超距的。但凡是超距的,都與相對論是矛盾的。也就是說,牛頓引力論與廣義相對論註定是矛盾的, 一個成立、另一個就一定不成立。

事實上,萬有引力是客觀存在的,無論是牛頓引力論還是廣義相對論,都是對萬有引力演化的一種描述和解釋。牛頓引力論只能的描述只能在引力場很弱、場源速度很低的情況下成立,當場源速度很高,或者引力場很強,牛頓引力論註定是錯誤的。

廣義相對論則是比牛頓引力論更加接近萬有引力本質的理論。至少在廣義相對論裡,一些牛頓引力論還需要認為設定的東西在廣義相對論裡可以被推導出來。從公理化體系的角度看,廣義相對論是更加基礎、公理更少的理論。廣義相對論認為,引力來自於時空本身的幾何結構——一般會解釋為時空曲率,其實這是不準確的,單說曲率,那就指的是標曲率,標曲率在真空引力場情況下是為零的。準確來說,是因為時空的黎曼曲率張量導致了引力。按照廣義相對論的精神,萬有引力其實是時空幾何結構導致的假象,但是由於時空的客觀存在性,故引力既是客觀存在、但又是假象!


科學聯盟


你這個問題的提法要稍微精確一些就更好了。

首先,相對論包括狹義相對論與廣義相對論。

其次,你這個問題的答案是:牛頓萬有引力與狹義相對論是有矛盾的,但與廣義相對論沒有矛盾。

為什麼牛頓萬有引力與狹義相對論有矛盾呢?

你可以看看牛頓萬有引力定律的公式。從公式裡很明顯看到,牛頓萬有引力定律中引力與距離的平方成反比。那麼,問題來了,這個距離是那個參考系裡的距離?

我們知道,根據狹義相對論,距離與參考系有關。比如地球與月球的距離,在我們這個參考系裡是384000千米。但是,換在織女星的參考系裡,地球與月球之間的距離就不是384000千米。為什麼?因為織女星在高速運動,相當於地球與月球是在高速運動,因此存在所謂的“尺縮效應”。距離是會因為高速運動收縮的,這就是狹義相對論的結論。

因此,牛頓的萬有引力與狹義相對論是不相容的。具體你可以參考湖北科技出版社出版的《相對論通俗演義》,在那本書裡已經說了這個事情。


瀟軒


答:兩者並不矛盾,萬有引力具有侷限性,廣義相對論正好加以補充,兩者是統一的,其中前者是後者的特殊情況。


牛頓在18世紀提出萬有引力,並建立經典力學;到了二十世紀,愛因斯坦建立相對論,統一了質量和能量、時間和空間,也順便把引力歸納進廣義相對論。



廣義相對論描述:質量影響著時空的彎曲,彎曲時空影響著物質的運動,這種影響效果正是經典力學中的“引力”。

換句話說:廣義相對論認為“引力”並不是真的存在,只是彎曲時空對物質的影響效果而已,引力真正的本質是時空彎曲。


廣義相對論場方程還描述,在時空曲率趨近於零時,場方程退化為經典力學中的引力場,萬有引力定律是廣義相對論的特殊情況。



由此可以看出,萬有引力定律和相對論並不矛盾,廣義相對論描述本質,萬有引力相當於結果,屬於前因後果的關係。


在人類能接觸的大多數情況下,萬有引力定律已經足夠精確,比如計算行星、彗星、衛星和宇宙飛船軌道等等。



只有在引力非常強的地方,萬有引力定律才會顯現出明顯誤差,比如水星進動現象、黑洞附近等等,這時候就需要用廣義相對論來修正,兩者呈現著完美的統一。


好啦!我的答案就到這裡,喜歡我們答案的讀者朋友,記得點擊關注我們——艾伯史密斯!


艾伯史密斯


這個問題怎麼說呢,應該是不矛盾的,首先萬有引力是由牛頓提出來的,牛頓認為宇宙當中的任何物體,都是互相進行吸引的,那麼萬有引力也就是這麼來的。

不過牛頓雖然提出了萬有引力,但萬有引力究竟是怎麼產生的他並不知道,那麼後來愛因斯坦給了我們一個答案,萬有引力在他看來並不是一種力,而是時空彎曲的一種體現。


所以從某種程度上來說,愛因斯坦完善了萬有引力的定律,他很好解釋了引力從何而來,又從何而去的基本現象,解決了長期以來,人們對於萬有引力是怎麼產生的疑惑。

那麼廣義相對論當中, 關於引力是怎麼產生的,大家想必應該都聽過,宇宙的空間並不是平坦的,一些大質量的天體會使得時空彎曲,那麼由於時空是彎曲的,一切的物體都會沿著彎曲的時空進行運動,即使是光也是如此。

另外還有一點,就是牛頓認為,時間和空間是絕對的,它們不會產生變化,並且牛頓還認為宇宙的空間是平直的,但愛因斯坦則認為時間和空間並不是絕對的,它們也會產生變化

那麼我們今天學到知識已經證明了這一點,時間可以變慢,而空間也可以彎曲,一切的一切都是相對的,那麼正是由於時空彎曲的效應,才會有萬有引力的現象發生。

所以總的來說,廣義相對論解釋了萬有引力的根源所在,它告訴我們為什麼物質之間會產生引力這個事,然後拋出了時空彎曲這個全新的概念。

這就好像牛頓發現了天上會下雨,但雨是怎麼產生的他並不知道,而愛因斯坦告訴世人,雨是水蒸氣凝結而成的,到了一定的程度之後,它就會落下來,所以廣義相對論和萬有引力,一個是前因,一個是後果.........


種植恆星


先從牛頓萬有引力定律F=GM1M2/R²說起,作為一個孤立靜態的質量物質M1,牛頓經典力學認為,距離M1為R的每個點上,引力系數為g,g=GM1/R²,與質量M成正比,與距離的平方R²成反比,常數項為萬有引力常數G,在這個點上的質量物質M2,所受到引力F=GM1M2/R²。

將萬有引力定律作一簡單變換,以質量物質M1為球心,以R為半徑的封閉球面,其封閉球面上的引力系數均為g,因為球面表面積4πR²,正比於R²,因此,在此球面上向外發散出去的引力系數積分和GM=4πR²GM1/R²=4πGM1,只與質量M1有關,而與距離R無關,任意球面均是如此。也就是說,GM=4πGM1,只與質量成正比,其他均為常數。

將萬有引力定律作複雜變換,對圍合質量物質M1的封閉曲面,在任意封閉曲面上向外發散出去的引力系數積分和GM=4πGM1,只與質量M1成正比。與質量物質M1質點距離R均為0時,封閉曲面退化為一個點,依然有:

GM=4πGM1。

可以進一步說,質量物質M1形成了點狀球面發散的引力場,其點場值為GM=4πGM1。只是,牛頓經典力學認為引力場,是萬有的,超距作用的,是天生的,即時的。

再講廣義相對論下的引力效應。

愛因斯坦提出,在任何參照系中,一切物理規律都是等價的、平權的,提出了廣義相對論下的相對性原理,拋棄了經典力學的靜態空間。

愛因斯坦提出,在任何參照系中,真空中光速均不變,提出了光速不變原理。當然,如今的量子力學理論上真空不空,現實中不存在真空。因此,stemmer提出光速不變原理應修正為在任何參照系、在任何介質中,光的瞬時速度不變一一光沒有加速度。


愛因斯坦提出,慣性力場與引力場的動力學效應是局部不可分辨的,提出了等效原理

在太空中,尤其在太空電梯中,人們不能分辨出引力效應與加速系的區別。當然,理論上區別還是有的,太空電梯的加速度方向是平行同向的,而引力效應則球面指向對太空電梯所有產生引力效應的質量體共同的質心,實際上,太空中這個質心距離太遠,無法分辨。愛因斯坦認為,在局部慣性系內,引力場可以用加速系替代,引力質量等價於慣性質量,為弱等效原理。在加速運動的參照系中,萬有引力和慣性力等效,為強等效原理。

以上三條原理,構成了廣義相對論基石,據三條原理,得出四維時空距離S公式:

ds²=-C²dt²+dx²+dy²+dz²,結合拉格朗日函數、拉格朗日方程及泊松方程,愛因斯坦建立了廣義相對論的引力場方程:

Gαβ=Rαβ-Rgαβ/2=-8πGTαβ/C^4。

它是一個二階非線性偏微分方程組,所有係數都是在極端情況下“確定”的。

在經典力學中,默認引力場是靜態的,那麼Rαβ=0,愛因斯坦場方程變為真空場方程。在牛頓經典力學中,時空是平直的,距離:

ds²=dx²+dy²+dz²,比較相對論下的公式:

ds²=-C²dt²+dx²+dy²+dz²,少了-C²dt²項或=0,

在泊松方程中,將GM=4πGM1,作了改進,認為引力效應是光速C傳播的,將質量M1變換為質量密度ρ,愛因斯坦推廣了泊松方程:

▽²ψ=4πGρ/C,其間應用了牛頓引力理論。

愛因斯坦場方程中,所有常係數都是在極端情況下“確定”的,數學上只推導得到:

Gαβ=Rαβ-(R/2-λ)gαβ/=-KTαβ。

後來的場方程右項-8πGTαβ/C^4的常係數-K:

K=8πG/C^4就來自於泊松方程。

廣義相對論愛因斯坦場方程,包含了泊松方程,而泊松方程常係數來自於牛頓經典力學,來自於萬有引力常數G,來自於GM=4πGM1,來自於牛頓萬有引力定律F=GM1M2/R²。

只是,愛因斯坦場方程常係數,以及是否還有宇宙常數λ,都是在極端情況下“確定”的,相對論是萬有引力定律的發展延伸,包容了萬有引力定律,但現有常係數也只是數學上的特解,想“確定”常係數,單純在數學上,無能無力,還得物理探索實驗中縮小範圍,或得擴大範圍改進後,才是宇宙真實面貌。

數學上,Gαβ=Rαβ-(R/2-λ)gαβ/=-KTαβ成立。

因此,萬有引力是相對論特解,不矛盾。


stemmer


我應該明白題主的意思:題主認為在牛頓看來,萬有引力是萬物之間實實在在存在的力――相互作用,就象太陽對地球的引力使得地球忠實地圍繞太陽轉動而不至於逃逸;而在廣義相對論裡,愛因斯坦認為引力只不過是時空彎曲的幾何效應而已,大質量物體引起周圍時空彎曲,地球沿著太陽周圍彎曲的空間作測地線運動而已。愛因斯坦把引力幾何化了,給人感覺不是地球受到太陽的吸引力,而是在由所有質量及運動共同形成的彎曲時空裡走一條路程最短的道。

實際上不管是相互作用還是效應都是力,牛頓和愛因斯坦都承認萬物之間存在影響,只是兩人對這種影響的理解和解釋不同,愛因斯坦對引力有著不同於傳統的理解,他對引力的本質及怎樣產生的做了很好的闡釋。所以在這一點上萬有引力和相對論並不矛盾,只是對同一種東西兩種不同的理解和解釋。換句話說,同一種東西是不會有矛盾的,有矛盾的是對它們的理解和解釋,這一點必須搞清。如果題主說的萬有引力和相對論指的就是它們的理解和解釋的話,那它們就是有矛盾的。這種理解解釋的矛盾是真理髮展過程中的矛盾,與其說是矛盾,倒不如說是區別。牛頓把這種萬物之間的影響叫作萬有引力,牛頓認為引力具有超距作用,可瞬間到達,也不需要任何介質,至於怎麼作用的,他自己也不清楚。而愛因斯坦認為,廣義相對論認為引力和加速度是等效的,這徹底顛覆了人們對引力的理解,引力不再是簡單物體之間的相互作用,而是整個時空的作用效應,彎曲的時空就是引力場效應,而引力是時空彎曲的效應,引力是引力場的延伸傳播,引力的傳播速度是光速,彎曲時空即場效應相當於介質,甚至設想引力子的存在。愛氏理論相比牛頓的萬有引力理論更能深刻揭示引力本質,因而更準確。實際上愛因斯坦不但顛覆了對引力的認識,把引力幾何化了,他對自然界的其它三種力(電磁力、強力和弱力)也曾試圖幾何化,把四種力統一起來,遺憾的是畢生沒有成功。

至於狄義相對論是一個慣性系即沒有加速度的理想狀態理論,也就是說是一個沒有引力存在的理論,所以它壓根與萬有引力理論不搭界,因而更談不上矛盾。

以上就是我的回答。


物原愛牛毛1


相對論與牛頓的萬有引力定律的確說法不同,相比較而言,只是相對論引力觀有所進步而已。但兩種引力說都還沒有認識到引力的本質和作用力範圍。

牛頓引力說的最大問題是完全沒有認識到星球之間有斥力。由於沒有斥力的牛頓引力說,主導的星球運行必須要完全依賴於慣性。所以解釋不了星系膨脹、宇宙膨脹,也解釋不了星球公轉運行的動力來源。而且根據牛頓引力說推演的宇宙演變結果必然是星球的大聚合。目前“發現”的“黑洞”“合併”,中子星“合併”,就是源於牛頓引力說。之所以把發現兩字也加上了引號,原因就在於這種發現僅僅是由心理意志主導下的想像力發現,實際的宇宙根本不會出現所謂的黑洞合併、中子星合併。

為什麼說相對論引力說有所進步?原因就在於空間彎曲說間接承認了星球存在斥力。所謂的空間彎曲、說的就是星球公轉運行沿著彎曲空間運行,實際上就是沿著主星的能量層斥力面運行。由於愛因斯坦主觀上仍然不承認星球之間有斥力,所以只能說他有所發現、有所進步,但沒有認識到本質。

其實,能夠產生重力的星球引力僅僅侷限於星球個體能量斥力層以內,這個能夠產生絕對重力的乾性引力的作用範圍,與強力不超越原子核範圍一樣,根本不會傳遞到星球之間。星球都有個體能量層,表現星球引力的乾性輻射不會超越個體能量層範圍。即便能夠超越個體能量層的乾性輻射,由於互相之間是同性相斥的,所以表現的也是斥力。

否定了星球之間的乾性引力,當然,並不是說星球之間沒有引力。星球之間的確是有引力的,只不過這種引力是與星球之間的能量層斥力永遠相對平衡、或斥力稍大於引力的坎離極性作用力(其產生原因在以前的答題中有過比較詳細的解釋)。星球之間距離的相對穩定、或緩慢遠離,就是由坎離極性作用力決定的。實際上,令目前學術界百思不得其解的暗物質問題,也是由這種作用力決定的。

因為坎離極性作用力的斥力是以個體能量層為邊界的。所以,所謂的空間彎曲,實際就是這個能量層斥力面。太陽系行星,各自沿著太陽不同能級、不同強度的斥力面運行,所以互相之間不會產生干擾。太陽系各個行星與太陽之間的不同斥力等級的形成原因,這裡不再做深入解釋,在我的極性對應論中有詳細解釋。


周慶和1178559755


廣義相對論的引力場方程肯定與萬有引力矛盾的,它在萬有引力定律面前就是中看不中用的垃圾破罐子!在現今的航天發射中衛星及深空航天雖時為什麼要用牛力學在而不用廣義場方程,在小行星追蹤撞地預報中為何不用廣義場方程,在太陽系第九大行星的預測為何不用廣義場方場來驗證有無,不是鼓吹比萬有引力定律更精準嗎,都是你大顯神通揚名立萬的大好舞臺呀,為何一遇實戰就灰頭土臉的一邊涼快去了,還有些迷信者人自我解嘲說廣義場方程計算太繁雜了所以用牛頓萬有引力,真是懶哈螞吹牛皮不怕吹破肚皮,現在計算衛星軌道還用紙筆手算嗎早都是超級計算機上陣了,每秒幾有億次的運算速度就你的那點繁雜還算個玩意嗎!為什麼高精尖航天實踐工程中的專家們精準的好東不用都喜歡用個糟東西,原因非常簡單廣義相對論的場方程計算的衛星軌道就是一團糟,要麼飛出了太陽系要麼撞上了太陽它根本算不出一個橢圓軌道!這樣的垃圾貨色還敢站出來與萬有引力比高下論是非,真是精神病開戰鬥機誰都敢撞誰都敢打!1


綠水青山48936175


並不矛盾,相反,相對論很好地解釋了萬有引力產生的本質,也就是為什麼會有萬有引力!

牛頓提出的萬有引力定律讓我們明白了為什麼我們能夠現在地球上,但是牛頓始終沒有解釋萬有引力到底是怎麼產生的。

而這個艱鉅的任務留給了那個無人不知無人不曉的人物:愛因斯坦,他極具顛覆性的思維方式徹底改變了我們對周圍時空的傳統認知!

這就是愛因斯坦著名的廣義相對論,它讓我們清楚地明白了萬有引力到底是如何產生的。

廣義相對論表明,我們所處的時空結構並不是平坦的,而是具有彈性的,就像一塊具有彈性的布料一樣,可以伸縮,彎曲,甚至摺疊撕裂,而萬有引力的本質就是有質量的物體造成的時空凹陷,物體沿著這種凹陷的運動!

愛因斯坦的這種時空觀太具有顛覆性了,這也是為什麼如今“愛因斯坦”四個字不僅僅是一個人名了,更是智慧和高智商的代名詞!


宇宙探索


萬有引力屬於經典物理學範疇,相對論屬於現代物理學,二者肯定有矛盾。正是有矛盾存在,才能導致相對論和相對論時空觀的形成。



牛頓萬有引力是在絕對時空觀下提出的,所以認為萬有引力是一種超距作用,是一種和時空無關的質量效應。牛頓萬有引力,無法對引力產生的本質進行說明。而相對論則是在相對時空觀下提出的,認為時空和引力關係密切,引力產生的原因就是時空的凹陷造成的,而這種凹陷的大小,和物體的質量正相關。如果是運動的物體,這種時空凹陷則會隨著物質的運動而變化,從而產生像水波一樣的時空漣漪,即引力波。而引力波已經證明是存在的,質量導致時空的彎曲也被證明。



所以,萬有引力,只是提出來了這種力的存在,並的到了一個這種力的大小計算公式。而相對論,則是從本質上提出了引力的來源。

喜歡就關注一波吧!


分享到:


相關文章: