03.04 地球那么重,你觉得是什么神秘力量托着它不往下掉?

四哥177047622


什么是重?

首先,我们要对“重量”和“质量”有一个清晰的认识,它们其实是完全不同的两个概念。关于质量的定义其实是这样的:质量是物体所具有的一种物理属性,是物质的量的量度

只是看字面意思很难能够看懂到底说了什么。其实关于质量到底是什么,一直以来都有很多的争论。不过,目前按照主流的学术认同,我们认为,构成质量的有两部分,一部分是构成物质的粒子的质量,这是通过希格斯场获得的能量。

另外99%的质量其实来自于强力约束夸克所释放出的能量通过质能等价对应的质量。

那什么是重力呢?实际上,重力本身是和引力有关的。因此,我们初高中时才会学到那个重力的表达式G=mg,g是重力加速度。

在牛顿力学中,并不存在所谓的“往下掉”,这是在地球上的一种错觉。力是改变物体运动状态的原因,地球上的物体都会往地面掉落的原因就在于地球引力的存在。

而我们测量重力的方式其实利用的“秤”,说白了就是利用重力的反作用力来称量。

因此,重力和质量压根是两码事,重力和引力有关,而所谓的“向下掉”其实是重力有关的,也就是和引力有关的。那地球能往下掉么?实际上,如果地球存在一个“往下的趋势”,那这个趋势也应该和地球的受力方向有关,就比如说:如果地球相对太阳静止了,那地球就会在太阳的引力下跌入到太阳当中。同样的,如果存在一颗流浪的行星,它所受到的合力如果为零或者受到的力几乎可以忽略不计,那么根据牛顿定律,这个流浪的行星要么静止,要么匀速直线运动。这个流浪的行星根本不存在所谓的往下掉的问题。

广义相对论

我们都知道,在宇宙中,天体之间主要起作用的是万有引力,牛顿给出了万有引力的相关理论,只不过,他的理论只适用于弱引力场,所谓的弱引力场就是引力相对较弱的情况,在太阳系中,只有非常接近于太阳,才会是强引力场。而大多数情况下都是弱引力场。而牛顿的万有引力在强引力场就会出现巨大的误差。因此在解释引力方面,爱因斯坦的广义相对论的普适性更好。

在广义相对论中,爱因斯坦认为:引力的本质是时空的弯曲。说白了就是天体的质量其实是可以压弯周围的时空的。

如果我们转化为二维平面来看这个事情,那就是太阳弯曲了周围的时空,而地球沿着弯曲时空的“直线”(也被称为测地线)在运动,因此从这个角度上看并不存在所谓的“引力”,引力只是宏观的表现,实际上,地球只是在沿着时空在运动而已。惠勒曾经总结过爱因斯坦的广义相对论说到:时空告诉物质如何运动,物质告诉时空如何弯曲。

因此,如果我们非要找到是什么“托住”了地球,那一定就是四维时空,而不是什么神秘力量。地球沿着时空在运动,就类似于我们平时沿着地面在运动,不同的是我们与地面是有力的作用关系的,而地球和时空并没有。不仅地球是这样,其实宇宙中的天体都是这样。

最后,我们来总结一下,从牛顿力学的角度来看,根本不存在所谓的“往下掉”的情况,物体只有受了力的作用才有可能改变运动状态,在地球上感觉到东西在往下掉是因为重力的存在,而重力和引力有关。而从爱因斯坦的广义相对论来看,“引力”其实只是时空弯曲的一种宏观体现,地球是沿着四维时空的测地线在运动,所以如果一定要问是什么“托住”了地球,那一定就是时空,只不过这里的“托住”并没有力的相互作用。


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