為什麼不用“空間彎曲”徹底取代引力?

荒天帝石昊


時空彎曲的確揭示了引力的本質,但其數學描述形式是比較高深複雜的,所以在很多實際應用場合,還是使用傳統的引力理論更為便捷。打個不恰當的比方,大家都知道圓周率是無限不循環小數,但在大部分計算時使用3.1416就足夠了。


MartinLA


對於引力的本質,愛因斯坦的解釋比牛頓的解釋更加不靠譜。牛頓至少是試圖從物理學的角度去說明引力,愛因斯坦卻把引力歸結為幾何原因給出了一個含混不清的時空彎曲。

玩非歐幾何的愛因斯坦,無法解釋微觀粒子與宏觀天體為什麼會自轉,而且越是微觀物質自轉的速度越快。引力的本質就是由物質自轉產生的,與時空沒有任何關係。

所謂時空只是物質的存在形式,如果時空是彎曲的,那麼地球上任何正方體的建築都不可能存在,任何直線運動都無法成立。

相對論的邏輯矛盾就在於:所謂的時空扭曲都是以光速為基準的,如果決定光速的時空是恆定不變的,那麼時空就是恆定不變的。

按照洛倫茲變換,空間一維的收縮是與時間同步的,因此時空的運動變化的洛倫茲因子是相互抵消的。愛因斯坦卻把時空完全割裂開來,把時空看成完全獨立的事件,又暗中認可了同時性的成立,因此才得出了所謂尺度收縮、時間膨脹等一系列謬論。在時空的洛倫茲因子相互抵消的情況下,空間、時間、物質、能量相對洛倫茲變換都是不變的。

相對論幾乎把以實驗為基礎的物理學變成了非歐幾何的江湖巫術,建立在自相矛盾基礎上的偽科學得出的都是主觀認定的虛假結論。所謂的引力場方程至今派不上用場,複雜的計算公式甚至無法獲得一個有價值的近似計算值。

不客氣地說,如果牛頓是物理學的一座山峰,那麼愛因斯坦只是山峰下的一個小小稻草堆而已!


經濟相對論580


在相對論裡,時空彎曲確實取代了引力。但這並不意味著有了相對論,就不能用其他理論了。只要其它理論的描述能與實驗數據相穩合,一樣可以被接受。

“黑貓白貓,抓著耗子就是好貓”這句話目前對於科學依然適用。一個理論,可預言,可檢驗就是好的。可預言,實際上就是得具有實踐指導價值,也就是好用。而愛因斯坦的時空彎曲理論和牛頓的萬有引力理論,各有各的運用領域,不可替代。

驚世駭俗的時空彎曲,統領引力,制霸“高速強場”。

在愛因斯坦的相對論中,將引力解讀為時空彎曲的幾何效應,並根據黎曼度規張量發展出了廣義相對論的場方程。

廣義相對論引力理論實際包含兩個方程:一個是告訴物質如何扭曲時空的方程——引力場方程;另一個是告訴物質如何在彎曲時空中運動的方程——運動方程。

從物理方程來說,相對論場方程比萬有引力方程更精準,可解釋的引力範圍更大,並符合萬有引力解釋不了的“高速強場”下的觀測數據。也就意味著,引力的時空彎曲解釋優於超距作用的解釋。對相對論的各種實驗檢驗,已使它成為了物理學牢不可破的基石之一。

由它推斷出的“鐘慢尺縮”效應已應用於了GPS定位系統,"引力透鏡”也成為了天文學觀察的重要工具,預言了“黑洞”這樣的宇宙巨獸。同時,它還揭示了引力與加速度等效的“等效原理”。

總之,時空可以彎曲的概念,讓我們對宇宙的理解有了全新的視角,並對探索宇宙有極大的指導意義。

萬有引力輕便靈活,適用於“低速弱場”

在“低速弱場”的近似下,即物體的運動速度比光速低很多,且引力場不太強的情況下,愛因斯坦引力場方程可以簡化成萬有引力方程,廣義相對論的結果與牛頓力學一致。

萬有引力作為相對論在低速環境下的近似解,其計算結果並不算錯,它們之間的差距微乎其微。但對比相對論複雜的10階張量方程,萬有引力的“平方反比定律”簡單易用。

就像你有一包30重的行李需要找人幫你提,10元請一個棒棒就能搞定,但有人讓你找個起重機來提,因為起重機可以提10噸重的東西,而且比人力更穩,你會願意嗎?

適用才是王道,在嚴謹的科學領域,依然如此。萬有引力定律在地球上運用是完全適用的,而且即便是阿波羅登月,運用的也是牛頓的萬有引力。也就是說,在地月系統的環境中,萬有引力依然適用。

一般來說,運動速度只要不超過光速的1/10,都屬於低速環境,而地球的環境也屬於弱引力場,適用於萬有引力定律,而超過了光速的1/10,就要考慮用相對論來思考問題了。

而在大尺度的宇宙探測中,所有的天體相對於我們來說,都屬於高速運動,而黑洞也是在研究相對論的極限強引力場中,推測出來的怪物,所以我們要解釋宇宙就離不開相對論。

從哲學上來說,科學就是一種實用主義。

可以說,只要人類還未離開地球,在日常的適用性上,牛頓萬有引力理論就優於愛因斯坦的相對論。

就像一把隨身攜帶的快刀,和一把每次出鞘都需要大量解封儀式的無鋒重劍,用來削蘋果,你選哪一個?場方程的計算太繁瑣,它雖能幫我們攻克知識認知的巨石,但日常應用難免太費事。

目前,萬有引力的優勢在於應用,相對論的優勢在於概念與精準度。萬有引力用起來好用,但牛頓對於引力的解釋是不完備的,相對論塑造了引力全新的概念且精準,只是不太好用。

愛因斯坦為引力引入的時空扭曲概念,取代牛頓萬有引力的超距作用,是一個巨大的進步。時空扭曲的概念,極大革新了人們對於世界的認知。有利於人類更深入理解世界,以構建更宏大的宇宙描述。

但理解世界,人人都有自己的一套方法論,在物理學領域也是如此,推導的基礎不同,得出的理論也就不一樣,而另一套與相對論同樣優秀的量子力學理論,與相對論就是完全不同的路子。

時空彎曲這麼完美了,為什麼還需要量子力學的引力子說?

時空彎曲,雖然對引力的描述十分完美,但卻無法描述其它的力,讓它顯得還不夠完美。而物理學後期的發展,是為了尋求一種統一的理論,這也是愛因斯坦晚年去追尋統一場論的原因。

而量子力學作為與相對論完全相反的一種理論體系,卻能統一除了引力以外的其他三種力。引力子即便還未被發現,也讓人捨不得放棄。

在真正的終極理論還未正式出現以前,相信相對論和量子力學,將作為物理學界的兩大基礎理論,一直並存。

也就是說,關於引力的不同理論的解釋,能夠長期並存於物理學界,並不是因為各理論對於引力的解釋還不完善,而是因為能夠包容引力的統一理論,遲遲未能正式建立。

而唯一能夠同時包容量子力學和相對論的超弦理論,卻因為無法被檢驗,而不能算著一門真正的理論。

目前我們所有的知識僅僅來源於宇宙汪洋中的一座偏遠孤島,認知的侷限讓我們無法看見宇宙的全貌,而任何物理學理論的發展,清晰的物理圖景是十分重要的,不然就成為了神秘的數學宗教。從物理圖景到數學公式支撐,再到實驗驗證,這三步對於一個理論來說缺一不可。

總結

這個問題的核心不是時空彎曲能不能取代引力的問題,而是為什麼會有各種不同的理論並存的問題?回答是科學版圖諸侯割據,還未大一統。在物理學家看來,這些眾多不同的理論,都是大一統理論的前生或一部分而已,只是目前我們還不知道如何把它們拼合起來。

任何追尋真理的科學探索,都是要付出巨大代價的。每一種新理論體系的建立都是一種冒險,因為新理論都必須要解決原有實驗數據的解釋問題,才能成為科學之樹上的新枝丫。

科學本就是一種繼承再迭代的系統,任何能經受住時間檢驗的理論,都是有其價值的,理論就像工具,怎麼用?還在於人,以及人所處的環境。

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想法捕手


這個問題很好,我來試著回答一下。

愛因斯坦廣義相對論作為科學理論,將引力表述為時空的曲率——引力不是力,是時空扭曲的結果,預言了引力波、引力紅移、引力透鏡等物理現象的存在,並都已被證實,是牛頓引力定律的更精確的版本,革命性的改變了人類對宇宙的認識,極大推動了物理學的發展。



但一個科學理論,不是真理,只是不斷的在向真理靠近,我們從來無法證明一個科學理論是“永遠”絕對正確的。廣義相對論也是如此,它註定不是一個完善的理論——在黑洞處、宇宙大爆炸處失效就是證據。另一方面,時空扭曲的表述必然導致更高維度的時空模型,而高維時空至今並無任何直接觀測證實,加上廣義相對論和量子力學的不可調和性等等,因此,科學家們本著質疑、不迷信權威的科學精神,並不能徹底丟棄“引力是一種力”的定義。再沒有最終完全理解引力的狀況下,多角度展開研究不失為穩妥的策略。

例如,量子力學中的波粒二象性,我們在研究光的時候,有時視其為波,有時又視其為粒子,也許是出於對光的本質至今沒有真正認知的原因,但這種互補的確極大的推動了對光的認識,何樂如不為?

另一方面,“粒子標準模型”雖然存在很多問題,如其中有一大把的參量只能實驗獲取並不能通過理論本身計算獲得,並需要很精細的微調等,但仍然是現在已經發展成為相對完善的最成功得理論之一,物理學家們為此付出了極大的心血,成功解釋和預言了大量的物理現象,2012在大型對撞機上發現的希格斯粒子就是其預言的。“粒子標準模型”也預言了“引力子”的存在,並作為最後一塊拼圖,和其他三種基本力一樣,引力子作為傳播引力的信子,物理學家們當然不會放棄探尋。



總之,科學至今真正創立不過300年,人類對世界的認識還及其淺,廣義相對論雖然偉大,但並不完善的,沒有人敢說引力是時空的扭曲就是真理,不應失去質疑,這恰是科學精神所在。


人擇原理


  關於相對論的不可靠性,有興趣的朋友們可參閱本人的以下文章:

  


彭曉韜


萬有引力的本質不是時空扭曲而是空間縮收,是帶質量物體吞噬周圍的空間,造成空間運動空間收縮,形成空間的漩渦。在空間的漩渦中,空間在向物體的中心方向運動,想離開帶質量物體周圍空間漩渦中,必須能克服空間向物體的中心方向運動。

引力波的發現證明愛因斯坦的時空扭曲是錯誤的,廣義相對論預言了引力波的存在,但以時空扭曲理論去測試引力波是測試不到的,近年來改用空間縮收理論,才測試到引力波。而空間縮收產生萬有引力現象的理論,是道德經的引力理論。

道德經的萬有引力理論:“萬物負陰而抱陽,衝氣以為和”。萬物釋放空間的“陰”圍繞著吸收空間的“陽”而運動,物質之間的空間空虛產生萬有引力現象。

溫度低的物體由於需要吸收周圍的空的能量,空間向低溫物體中心縮收,產生冷凝現象。

帶質量物體由於需要吸收周圍的空間進行黑體輻射,周圍的空間向帶質量中心縮收,產生萬有引力現象。

太極陰陽轉化不是簡單的溫度高低,太極雙魚,一魚吸收空間的物體為陽,釋放空間的物質為陰,另一邊才是溫度高的為陽,溫度低的為陰。

在星系中公轉線越快的天體,釋放的黑體輻射越多,產生的萬有引力G越大;天體的自轉速度越快,產生的萬有引力G越大。


太上邪神


物理學也像漢語一樣,講究傳承。引力是來自於牛頓的萬有引力,人們也一直用引力來描述兩個物體之間的吸引力。很多物理公式,很多概念,都是基於引力而來的。可以說,引力已經深深刻在了人們的腦海中。即便愛因斯坦廣義相對論認為引力僅僅是時空彎曲的幾何效應,但人們仍然習慣於把這種幾何效應稱之為引力。


而且,在愛因斯坦發表廣義相對論的時候,人們多少還是覺得愛因斯坦的理論並不一定正確。畢竟牛頓的萬有引力已經得到了數不盡的驗證,而愛因斯坦的廣義相對論不僅很難驗證,理論本身還有點讓人難以理解。當時人們已經習慣於牛頓經典力學的平直空間,完全無法想象時空竟然可以完全,引力竟然不是力,而是時空完全的幾何效應。所以,即便愛因斯坦發表了廣義相對論,人們還是覺得使用引力來描述這種作用力比較好。


後來廣義相對論預言的時空彎曲雖然被證實,但奈何人們已經習慣了引力的叫法。如果把引力改為時空扭曲,那麼對於一些引力較小、適合牛頓萬有引力的場景,就有點不合時宜了。所以,還是叫做引力比較恰當,比較我們平常根本不有考慮相對論,直接用牛頓的萬有引力就夠了。

再者,引力僅僅被定義為時空扭曲的效應,所以從定義就可以看出,引力並不等於時空彎曲。時空彎曲導致的引力現象,而非引力就是時空彎曲。就像電壓會導致電流產生,但我們卻不能說電壓和電流一樣。


科學探秘頻道


那他們倆誰都替代不了誰,他們都是對引力規律的模擬。對於引力相互作用現象的描述。

人類的理論模型不等於自然規律,人類是在用理論模型去無限逼近自然規律。就如同泰勒展開用多項式逼近函數圖像一樣。

對於引力相互作用,牛頓的描述是兩個質量的物體之間的互相吸引,有可能是超距作用。法拉第場概念之後,人們意識到相互中通過場來傳播的。牛頓引力定律能夠很好地描述引力相互作用現象,比如我們發現海王星。但是,“多項式”(牛頓萬有引力模型)在有些區域卻和"原函數圖像″(引力相互作用現象)偏離越來越大。如光線彎曲預言小了一半,水星近日點進動等等。

愛因斯坦的描述是物質的分佈和運動影響周圍時空結構讓其發生彎曲,而引力只是時空彎曲的幾何效應。也就是說,不受任何相互作用物體在引力場中是測地線(數學家根據直線的性質的擴展)的,這也就是為什麼說廣義相對論框架之下說引力不是力的原因。

這個“多項式”(廣義相對論)不僅能夠描述之前那個所能模擬的,而且它所不能描述的一些“區間”(區域範圍)。但是他有些東西也是不能夠解釋和預測的。比如,如果考慮引力相互作用的量子效應。這就是我們為什麼要發展量子引力理論的原因。

我們要尋找下一個多項式,他能夠更大範圍的去逼近原函數。

理論或者模型具有有效性,範圍性,有限性。

之所以是這樣,還是因為上述原因。

因此這個問題就很好回答了,廣義相對論框架中的彎曲時空和牛頓引力定律在相同的範圍之內,預言幾乎是沒有任何差別的,所以,兩者不存在誰替代誰,因為在一些範圍內,相對比較簡單的牛頓引力定律更容易解決問題,而且得到的結果跟實驗符合很好。這就是牛頓引力定律為什麼一直留下來原因之一。


耀星會工作室


簡單來說,當我們說某件事物的本質時,這種說法其實是不嚴謹的,理論上講我們不會到達事物的本質,只能接近,這是科學的定義所決定的!

而愛因斯坦和牛頓對引力的不同描述有什麼區別呢?簡單講,愛因斯坦的空間彎曲是相對時空觀,而牛頓的萬有引力是絕對時空觀,空間彎曲傳遞引力是需要時間的,而牛頓的萬有引力是瞬間完成的,不需要時間。

哪個正確呢?愛因斯坦的空間彎曲更準確,牛頓的萬有引力定律只是廣義相對論的近似值,但即使是近似值對於我們來說已經足夠用了,因為我們生活的世界裡無論是速度還是引力都非常有限,所以誤差非常非常小,如果非得刻意追求廣義相對論的精確,反而會更麻煩,也沒有必要!所以科學家不會放棄引力的概念!

同時,廣義相對論絕不僅僅是空間彎曲這樣簡單的描述,它的背後有複雜的數學計算才得出的公式,比如說高等數學等,絕不是一個“空間彎曲”這樣一個相對模糊的概念!

那麼既然空間彎曲是更準確的描述,為什麼還要尋找可能不存在引力子呢?

凡事沒有絕對,科學家發現其他三種力都有基本的相互作用粒子,自然會猜想引力是否也有基本作用粒子,比如引力子?

在科學領域,沒有對錯之分,只有在一定範圍內更準確之分,有可能引力子是比空間彎曲更接近引力的念說形式,就好比光的波粒二象性一樣,事實上光的本質不可能即是粒子也是波,只能是一樣,而之所以有波粒二象性是因為人們對光的特性的觀察結果定義的!


宇宙探索


其實這是一個成本問題。

發明和發現

首先,我們要搞清楚一個點,科學家到底是“發明”和“發現”了物理定律。實際上,我認為是發明了。因為現代科學的工作方法的第一步其實是給研究對象下定義。所以,其實這些理論的名稱,大多都是這位科學家或者後世科學家為了紀念某位開創者而定義出來的。就好像,引力可以叫做引力,也可以叫做時空的彎曲。他們只是對同一個現象,發明了不同的物理理論來適配而已。所以,至少目前不存在絕對客觀的理論,就連愛因斯坦的相對論,可能在未來也會被更大的理論納入其中一樣。

科學家是一群激進的保守主義者

那科學家到底在比的是什麼?其實是誰的理論更匹配,也就是誤差更小。牛頓的理論其實對宏觀世界匹配的非常好了,完全夠用了,所以其實科學家是不會願意輕易去更替這套理論,試想一下,那可是全世界的物理學家都要換,而且正在學物理,以及已經出了的教材都要做出修正。所以,只要沒有被證偽,沒有誤差大到不可接受,科學家是不輕易更換理論的。所以只有當牛頓的理論到了引力大,速度快,尺度大的世界,開始出現誤差大到不可接受時,科學家才願意換上相對論。同理,在量子力學方面也是這樣。

所以,他們其實是一群激進的保守主義者。

使用成本

就如果上一段說到的,其實牛頓的理論已經在宏觀低速很好用了,我們在地球上,甚至航天技術,牛頓的理論真的夠用了,而且誤差很小,所以科學家是還會繼續使用的。而且牛頓理論很簡潔,而且用起來也很方便,很容易。而如果全都換成相對論,不僅計算超級繁瑣不說,會耗費大量的時間成本,最後能提高的精度微乎其微,簡直得不償失。還不如直接用牛頓來的實在。在航天領域,其實目前很多任務,用牛頓理論誤差都在1秒以內。也就是說,用了愛因斯坦的理論,不僅計算量達到令人髮指,而且能提高的也不過是零點秒的精度而已。所以,根本沒有必要。


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