萬有引力的本質是什麼?

人窮就要多讀書呀


牛頓認為引力是質量產生的,至於為什麼有質量的物質會產生引力,牛頓並不知道。後來,一個人站在了牛頓的肩膀上,他就是愛因斯坦。愛因斯坦認為引力的本質就是空間的幾何扭曲導致的,引力其實並不是一種力。



到了愛因斯坦這裡,引力似乎簡單明瞭的多了。當然了,既然相對論有對引力的描述,作為物理學兩大支柱的量子力學,當然也有對引力本質的描述。量子力學認為引力它是引力子交換導致的,不過可惜的是,科學家們並沒有發現引力子的任何蹤跡。



雖然科學界的各位前輩以及給出了引力的定義,但似乎距離我們認為的引力本質還有很多差距。為什麼質量會產生引力?為什麼時空彎曲了物體就有一個往“下”的力?為什麼找不到“引力子”?一些列的問題直指引力的本質。

如果引力真的是空間的幾何彎曲導致,那麼是否說明存在一個更高維度,因為只有高維度存在,空間才可以扭曲,才可以向“下”。物質有一個落向“下”的力,且這個力並不是大質量物體給的,而是空間凹陷的原因。所以,必然在高維空間中存在一個類似於“地面”的存在,可以對所有有質量物質產生一下“向下”的力。故而,質量越大就會導致空間被往“下”撕扯的越厲害,空間曲率就越大。這樣,高維空間的存在也解釋了引力子為什麼找不到,因為引力子是在高維空間存在,我們三維找不到。我想,或許這才是引力的本質吧。



當然了,想要知道這種想法對不對,只有我們真的進入高維空間了,才有資格一窺究竟。


科學探秘頻道


按照愛因斯坦廣義相對論的詮釋,引力的本質就是時空彎曲。在上世紀初期,愛因斯坦通過廣義相對論給出了引力的本質,並描述了時空,物質與運動之間的關係,這就是著名的愛因斯坦引力場方程:

簡單說,方程的左邊是時空彎曲情況,右邊是物質及其運動情況,用一句話總結:物質告訴時空如何彎曲,而時空告訴物質如何運動!

廣義相對論解釋了牛頓萬有引力的本質。雖然牛頓發現了萬有引力定律,但他不知道為什麼萬物之間會有引力,直到愛因斯坦的出現,他異於常人的思維讓廣義相對論呼之欲出,徹底打破了人們的傳統思維方式!

那麼既然引力的本質是時空彎曲,也是時空彎曲的表象,為何多數時候我們仍用到萬有引力定律而不是時空彎曲呢?為什麼不用時空彎曲徹底代替引力呢?

萬有引力可以看做時空彎曲的近似表達,而這個近似表達對於我們生活的世界來說已經足夠精確,同時萬有引力又非常簡單,更容易理解和操作,如今科學家發射火箭等用萬有引力定律已經足夠精確了!

但萬有引力並不能解釋所有天體之間的作用問題,比如說水星的近日點進動問題,萬有引力就解釋不了,而廣義相對論能完美的詮釋!

而如今廣義相對論已經被越來越多的科學家證實,很多種宇宙現象都完美地符合相對論的預測,而相對論也成為現代物理學的兩大基石之一,另一個就是量子力學!


宇宙探索



“萬有引力”是牛頓的概念,他認為引力是萬有的,也就是說任何物體都有引力,區別只是大小不同而已,並且引力小的物體會被引力大的物體所捕獲,可以說牛頓萬有引力出現到現在為止都是非常好用的理論,宇航員登月和衛星發射全靠它。

不過牛頓屬於知其然不知其所以然,他並不知道引力的產生機制,好在這一問題被數個世紀後的愛因斯坦廣義相對論“解決”了。



愛因斯坦在完成狹義相對論之後就一心想把引力也放進去,為此他經過數年的苦思冥想得到了“引力就是時空扭曲”的廣義相對論,並且解決了牛頓萬有引力所不能解決的近光速與強引力場下的運動問題。

在愛因斯坦看來所謂的引力不過是質量扭曲時空產生的幾何跌落,太陽就是憑著巨大的質量扭曲了太陽系的時空,才讓地球等天體不斷向著太陽跌落,不過由於太空中的地球公轉產生的離心力與太陽引力抵消,因此地球一直沒有跌落到太陽中。



細心的讀者肯定注意到了第二段最後的“解決”,之所以要加上引號是因為量子力學並不認同廣義相對論時空扭曲產生引力說法,事實上量子力學中一直假設了一種被稱為“引力子”的存在,量子力學認為引力子的交換才是引力產生的根本原因。

廣義相對論與量子力學的互相矛盾說明我們人類對引力的本質認識還存在著錯誤和偏差,這種錯誤和偏差只能寄希望於未來的物理學家們了。


宇宙探索未解之迷


答案:以目前人類認知來看,萬有引力的本質是時空扭曲,時空就是時間和三維空間。

萬有引力定律的發現

牛頓利用自己的微積分思想和總結了開普勒三定律後,發現了萬有引力定律。1687年,在他出版的《自然哲學的數學原理》一書中描述了這個現象,牛頓認為萬有引力定律具有普適性,適用於所有物體,並且引力大小隻與物體的質量和距離有關,這就是我們在物理課本上學過的萬有引力公式。

萬有引力公式

雖然牛頓當時發現了這個定律,但卻不知道萬有引力常量G的大小,直到1789年卡文迪許通過扭秤實驗測出G的數值,公式才得以完善,科學家利用這個公式還發現了海王星和哈雷彗星。

萬有引力在大質量天體間比較明顯,人與人之間雖然也有,但小到可以忽略。

卡文迪許扭秤實驗

愛因斯坦解釋引力

萬有引力的正確性早已在天體中證實,但它是如何產生的?為什麼會相互吸引?

牛頓的解釋是:萬有引力是物體固有的屬性,有重量的物體都會存在,並且當時認為萬有引力是超距的,可以在瞬間傳遞到無限遠的地方,不需要作用時間。

這個觀點和愛因斯坦在1905年提出的狹義相對論有所矛盾,愛因斯坦認為“真空中的光速是信息傳遞的極限速度”。為了解決矛盾點,1915年,愛因斯坦在他的廣義相對論中對萬有引力本質做出瞭解釋,認為萬有引力並不真實存在,引力只是一種假象,它的本質是質量會對周圍時空造成扭曲。

例如,將鉛球放在彈床中間,再沿彈床邊扔一個玻璃球,由於鉛球的重量導致彈床凹陷,所以玻璃球會繞著鉛球轉幾圈後下落;這個現象本質上和行星繞恆星運動是一樣的,只不過彈床存在摩擦力,而天體運動的真空環境中幾乎沒有摩擦力。

彈床所表現的僅僅是面上的空間扭曲,實際情況是下面這張動圖。

為了驗證愛因斯坦的猜想,1919年5月底,科學家利用日全食進行了著名的星光偏轉實驗。

通常情況下,太陽背後的恆星發出的亮光會被太陽遮擋,只有發生日全食時,昏暗的條件下,太陽背後恆星發出的光線,通過太陽引力偏折後能傳遞到地球上,人類才可能直接觀察到太陽背後的恆星。如上圖,實線是光線傳播軌跡,虛線是地球上人類觀察到恆星位置的虛像。

利用愛因斯坦的引力場公式,計算出的數據和實際觀測到的結果完全一致,而利用牛頓萬有引力定律計算出的偏折角和位置,與實際數據相差一半以上,誤差較大。所以科學家認為愛因斯坦對引力本質的解釋更科學。

但這並不代表牛頓的萬有引力定律是錯的,它有一定的適用範圍,只能適用於弱引力場,在強引力場中會失效。例如,太陽對水星的引力最強,利用萬有引力定律計算水星近日點進動問題會出現一定偏差。

此後,從日全食中得到更多星光偏移的數據,表明了愛因斯坦理論的正確性,時空扭曲才是引力的本質。

質量越大的物體對時空扭曲作用越明顯,空間的扭曲使光線改變原有運行軌跡,時間的扭曲則會讓時間真正變慢。例如,地球的地核位於引力中心位置,地核所經歷的時間會比地殼更慢,在地球46億年的歷程中,地核比地殼年輕2.5年。


卓聚樂學


引力的格格不入

上世紀,科學發現宇宙中存在著四種作用,分別是強力、弱力、電磁力和引力。這四大作用力有點類似於膠水,把物質粒子結合到了一起。強力和弱力確保了原子核的結構,電磁力是確保了原子結構的存在,而引力則是物質之間相互吸引的力。

而在這四大作用力當中,人類最早能夠系統的認知的是引力。不過,引力也是最讓科學家們頭疼的一個力。這是因為上世紀50~70年代,科學家在狹義相對論和量子力學的基礎上,基於對麥克斯韋方程的認識,建立起了一套粒子物理學標準模型。

這套模型把四大作用力中的電磁力和弱力統一了起來,也就是溫伯格等人的電弱理論,同時強力也被納入到了這個體系當中,但偏偏引力一直無法納入到這個體系。科學家也試圖將其強行納入到這個體系當中,結果理論和實際相去甚遠,因此,並沒有被廣泛接受。

關於引力的認知,目前主流的理論是牛頓力學和廣義相對論。而關於引力本質的詮釋則是廣義相對論。今天,我們就來聊一聊:引力的本質

萬有引力

其實早在牛頓之前,人們就發現了萬物都會往地面上落的現象。為此,古希臘的哲學家亞里士多德就提出了一套邏輯自洽的理論,但是這只是在哲學層面上的一些探討,並沒有非常嚴格的推導。後來,到了牛頓的時代,牛頓解決了這個問題,他發現萬物往地上落和地球繞著太陽轉其實是一回事,這是因為物質之間都有彼此吸引的力。

於是,基於這個發現,牛頓推導出了著名的萬有引力定律。這個理論和當時的觀測現象擬合的很好,幾乎沒有什麼誤差,甚至有學者直接利用這個理論,依靠筆和紙預測了海王星的存在,然後天文學家一觀測預言的位置,果然有一顆行星在那裡。

但是,如果你要問牛頓,引力的本質是什麼?他其實是不太能夠說服你的。

牛頓認為引力是一種超距力,說白了就是瞬間傳遞的一種作用。我來舉個例子幫你理解一下,如果太陽突然消失,那地球就會立馬沿著軌道的切線方向飛出去。

但為什麼是超距力,牛頓也是回答不上來的。

萬有引力的本質

雖然牛頓不能給我們一個很好的解決方案,不過,後來物理學界出現了一位堪比牛頓的大神,也就是愛因斯坦,在1905年,他基於光速不變原理和相對性原理提出了狹義相對論。

10年後,也就是1915,他又提出了廣義相對論。無論是狹義相對論還是廣義相對論,本質上就是在研究運動物體對於時空的變化,前者是在平直的時空當中,或者說是在慣性參考系(沒有變速運動的情況下);而後者則是在彎曲的時空當中,或者說是在費慣性參考系(有變速運動的情況下)。

而愛因斯坦通過等效原理,就把廣義相對論和引力聯繫了起來。他發現,引力的本質其實就是時空的彎曲

地球可以繞著太陽運動,說白了就是太陽的質量使得周圍的時空彎曲了,地球只是沿著彎曲的“面”,也就做測地線在運動。

這聽起來很抽象,畢竟時空使我們看不到的。那我們如何知道愛因斯坦說的對不對呢?

實際上可以利用觀測來解決這個問題。

萬有引力定律 vs 廣義相對論

當時,愛因斯坦剛提出廣義相對論時,其實能看得懂的人就不多,更不要說能夠論證這個理論對不對的人了。愛因斯坦就一直在極力主張通過觀測來判定自己的理論是不是對的。他曾經資助過一個天文學家來求證,結果這個天文學家因為一戰的原因,被當做間諜給關了起來。後來,英國的天文學家愛丁頓就親率團隊進行求證。

這可以說是一場萬有引力定律和廣義相對論直接面對面的角鬥,是科學家之間的戰爭,比拼的是誰的理論和現實更吻合。結果愛丁頓在這次日全食觀測中,觀測到光線偏折的角度更接近於廣義相對論,從而宣告了愛因斯坦的勝利,從此愛因斯坦一舉成名,成為了理論物理學史上可以和牛頓並立的科學家。

而廣義相對論後來也經歷了多次觀測的求證,最終成為了主流的科學理論,並且廣義相對論的預言的引力波和黑洞也被科學家觀測到了。

所以,如今對於引力的本質的解釋就是廣義相對論的詮釋,也就是時空的彎曲


薛定諤的科學


它其實就是現今科學家們口中的暗物質。也就是說我所說的基礎基本粒子及其渦旋體與其各組合以及基粒子團組合流體。記住這樣一個不容置疑的事實~~宇宙間沒有真正意義上的固體,無論它是多麼的堅不可摧。它們之所以會成為“固體”,是因為它們是由眾多以這種骨牌效應形成的平面基粒子旋流以同一核心為旋轉基點的立體組成形式。之所以堅固程度不一,是因為相互間的組合密實度不同,即:單位體積內的同心流組數量不同。抑或是相互間的勢域糾纏幅度不同或其中的同質體純度不同。一旦宇宙的載體~~子宇宙在源宇宙中得不到動量(即子宇宙間沒有了相互觸碰)那宇宙的能動量便無有了來源,從而逐漸令其內的各質體斷絕了動量來源。再者,由於各質體在運動時難免與它體發生糾葛,導致其能動量逐漸漸少並最終完全消竭。當動量消竭後,一切便會恢復原本狀態~~基礎基粒子的靜止。即此時宇宙完全消逝,既然宇宙不存在,那物質的萬有引力作用也就更不復存在。(具體參見我微博(新物理)知識盤點一)


用戶鼉龍123ldy


我個認為,萬有引力的本質是大氣壓強,與地球質量相互,協同作用的結果。

它好像又是一種質量的活性。在宇宙中,有空隙的地方,也同樣存在。這種質量的物質特徵,相互作用的拉力場,或運動的時光。


歲月如梭水如歌


這是個常識性問題了,但常常被人搞錯,有人把萬有引力等同於電磁力,其實這兩者根本是兩回事。

題主問到萬有引力是不是物體的質量,這是很接近了。萬有引力的確產生於質量,但其本質不是質量,而是由質量產生的空間彎曲。早在愛因斯坦的相對論就提到了空間是彎曲的,他在一幅床單上演示了萬有引力的產生。

一塊潔白平整的床單,假如沒有放物體在上面,這塊床單就是光滑平整的,就好像平直的空間。在床單中放入一個物體,就好像在平直的空間中放入一個物體,這個物體因為重量(質量),會在床單上壓一個窩窩,這就要比空間受到質量的影響彎曲了。當你拿一顆小圓球放在窩窩的邊緣,圓球還能保持不動,你把圓球放入窩窩,這就好像物體進入了另一個物體的引力範圍。圓球會隨著窩窩滾到物體的身邊,這就是萬用引力的產生。

同樣可以想象,當放在床上的物體越重(質量越大),所壓的窩窩就越深越大,圓球掉入窩窩的速度就越快,要把圓球撈出來的力就越大,這也就解釋了萬用引力是隨著質量的增加而增加的。

總之,萬有引力產生於質量,其本質是質量造成的空間彎曲,題主明白了嗎?


萌叔觀世界


萬有引力定律的另類解讀:(與時俱進的放飛一下思想吧)

萬物的存在是由“陽性的世界”和“陰性的智慧”共同構成的!這就是最新由量子力學所引發出來的“人物分合論”,即:

“陽性的世界”組成了“物體鏈”,即“人類、自然、社會、網絡和宇宙”,這個“物體鏈”用M來代替;

“陰性的智慧”組成了“人體鏈”,即“基因、遺傳、意識、靈魂和興趣”,這個“人體鏈”用m來代替!



萬物之間最主要的變化就是“物體鏈”(M)與“人體鏈”(m)之間的融合與碰撞,繼而衍生出一種能量或力(F)。

所以,牛頓萬有引力定律還有另外一層意思,即在宏觀與微觀存在的空間裡,還有另外一種存在,它的表現形式仍可用:

F=G^Mm/r^2來表達,但其中的係數和距離另有描述!

可見,萬有引力定律的本質是人與物之間的關係!也就是說,只有人體與物體之間的關係,才算得上是“主關係”,或者是“強關係”,而物體與物體之間的關係,只能是“次關係”,或者是“弱關係”……

(未完待續,更多的交流,可關注“定慧堂”及《智慧科學的虛學原理》-主編 胡寶鋼)


定慧堂


時間會彎曲?空間會彎曲?光束會彎曲?誰見過?光束的彎曲是光的影子,對了光的影子也不會彎曲?能彎曲的只有光的折射或者是光譜、光暈、光波。但又是矛盾的,空間本無直線運動的方式方法,空間所有物質運動是廣義迴路的,簡單理解為從哪裡來,又回到哪裡,質量之總和不變,能量之總和不變,引力之總和為“零” ,這樣引力才能權衡、平衡空間的物質、物體、運動,關於他們之間的關係,用數學公式表述:Fo=O。引力是不明物質,引力的存在依賴於物資與能量的存在,沒有物質,沒有能量,引力就形成不了氣候,引力與其他不明物質抗爭著宇宙,協調宇宙,平衡宇宙的空間運動。比如飛機起飛是脫離重力,還是引力作用,我們不能用簡單的其他原理來說明這個事。因為引力以不規則慣性緊密相連,說引力平衡宇宙,不如說引力在平衡不規則慣性,空間的星際、星球哪一個不是在慣性運動中,如何保持這種永久性的慣性運動,只有引力,引力與其他不明物質配合、協調、紅移、平衡 ,引力是有“呼吸”功能的。我們要尊重自然,尊重客觀,能直的就讓它直,能彎的就讓它彎,不要強詞奪理,結果對誰都沒有好處,浪費資源、浪費時間。


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