03.04 地球那麼重,你覺得是什麼神祕力量託著它不往下掉?

四哥177047622


什麼是重?

首先,我們要對“重量”和“質量”有一個清晰的認識,它們其實是完全不同的兩個概念。關於質量的定義其實是這樣的:質量是物體所具有的一種物理屬性,是物質的量的量度

只是看字面意思很難能夠看懂到底說了什麼。其實關於質量到底是什麼,一直以來都有很多的爭論。不過,目前按照主流的學術認同,我們認為,構成質量的有兩部分,一部分是構成物質的粒子的質量,這是通過希格斯場獲得的能量。

另外99%的質量其實來自於強力約束夸克所釋放出的能量通過質能等價對應的質量。

那什麼是重力呢?實際上,重力本身是和引力有關的。因此,我們初高中時才會學到那個重力的表達式G=mg,g是重力加速度。

在牛頓力學中,並不存在所謂的“往下掉”,這是在地球上的一種錯覺。力是改變物體運動狀態的原因,地球上的物體都會往地面掉落的原因就在於地球引力的存在。

而我們測量重力的方式其實利用的“秤”,說白了就是利用重力的反作用力來稱量。

因此,重力和質量壓根是兩碼事,重力和引力有關,而所謂的“向下掉”其實是重力有關的,也就是和引力有關的。那地球能往下掉麼?實際上,如果地球存在一個“往下的趨勢”,那這個趨勢也應該和地球的受力方向有關,就比如說:如果地球相對太陽靜止了,那地球就會在太陽的引力下跌入到太陽當中。同樣的,如果存在一顆流浪的行星,它所受到的合力如果為零或者受到的力幾乎可以忽略不計,那麼根據牛頓定律,這個流浪的行星要麼靜止,要麼勻速直線運動。這個流浪的行星根本不存在所謂的往下掉的問題。

廣義相對論

我們都知道,在宇宙中,天體之間主要起作用的是萬有引力,牛頓給出了萬有引力的相關理論,只不過,他的理論只適用於弱引力場,所謂的弱引力場就是引力相對較弱的情況,在太陽系中,只有非常接近於太陽,才會是強引力場。而大多數情況下都是弱引力場。而牛頓的萬有引力在強引力場就會出現巨大的誤差。因此在解釋引力方面,愛因斯坦的廣義相對論的普適性更好。

在廣義相對論中,愛因斯坦認為:引力的本質是時空的彎曲。說白了就是天體的質量其實是可以壓彎周圍的時空的。

如果我們轉化為二維平面來看這個事情,那就是太陽彎曲了周圍的時空,而地球沿著彎曲時空的“直線”(也被稱為測地線)在運動,因此從這個角度上看並不存在所謂的“引力”,引力只是宏觀的表現,實際上,地球只是在沿著時空在運動而已。惠勒曾經總結過愛因斯坦的廣義相對論說到:時空告訴物質如何運動,物質告訴時空如何彎曲。

因此,如果我們非要找到是什麼“托住”了地球,那一定就是四維時空,而不是什麼神秘力量。地球沿著時空在運動,就類似於我們平時沿著地面在運動,不同的是我們與地面是有力的作用關係的,而地球和時空並沒有。不僅地球是這樣,其實宇宙中的天體都是這樣。

最後,我們來總結一下,從牛頓力學的角度來看,根本不存在所謂的“往下掉”的情況,物體只有受了力的作用才有可能改變運動狀態,在地球上感覺到東西在往下掉是因為重力的存在,而重力和引力有關。而從愛因斯坦的廣義相對論來看,“引力”其實只是時空彎曲的一種宏觀體現,地球是沿著四維時空的測地線在運動,所以如果一定要問是什麼“托住”了地球,那一定就是時空,只不過這裡的“托住”並沒有力的相互作用。


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