03.06 万有引力和相对论是否矛盾?你怎么看?

宇宙观察记录


我应该明白题主的意思:题主认为在牛顿看来,万有引力是万物之间实实在在存在的力――相互作用,就象太阳对地球的引力使得地球忠实地围绕太阳转动而不至于逃逸;而在广义相对论里,爱因斯坦认为引力只不过是时空弯曲的几何效应而已,大质量物体引起周围时空弯曲,地球沿着太阳周围弯曲的空间作测地线运动而已。爱因斯坦把引力几何化了,给人感觉不是地球受到太阳的吸引力,而是在由所有质量及运动共同形成的弯曲时空里走一条路程最短的道。

实际上不管是相互作用还是效应都是力,牛顿和爱因斯坦都承认万物之间存在影响,只是两人对这种影响的理解和解释不同,爱因斯坦对引力有着不同于传统的理解,他对引力的本质及怎样产生的做了很好的阐释。所以在这一点上万有引力和相对论并不矛盾,只是对同一种东西两种不同的理解和解释。换句话说,同一种东西是不会有矛盾的,有矛盾的是对它们的理解和解释,这一点必须搞清。如果题主说的万有引力和相对论指的就是它们的理解和解释的话,那它们就是有矛盾的。这种理解解释的矛盾是真理发展过程中的矛盾,与其说是矛盾,倒不如说是区别。牛顿把这种万物之间的影响叫作万有引力,牛顿认为引力具有超距作用,可瞬间到达,也不需要任何介质,至于怎么作用的,他自己也不清楚。而爱因斯坦认为,广义相对论认为引力和加速度是等效的,这彻底颠覆了人们对引力的理解,引力不再是简单物体之间的相互作用,而是整个时空的作用效应,弯曲的时空就是引力场效应,而引力是时空弯曲的效应,引力是引力场的延伸传播,引力的传播速度是光速,弯曲时空即场效应相当于介质,甚至设想引力子的存在。爱氏理论相比牛顿的万有引力理论更能深刻揭示引力本质,因而更准确。实际上爱因斯坦不但颠覆了对引力的认识,把引力几何化了,他对自然界的其它三种力(电磁力、强力和弱力)也曾试图几何化,把四种力统一起来,遗憾的是毕生没有成功。

至于狄义相对论是一个惯性系即没有加速度的理想状态理论,也就是说是一个没有引力存在的理论,所以它压根与万有引力理论不搭界,因而更谈不上矛盾。

以上就是我的回答。


物原爱牛毛1


答:两者并不矛盾,万有引力具有局限性,广义相对论正好加以补充,两者是统一的,其中前者是后者的特殊情况。


牛顿在18世纪提出万有引力,并建立经典力学;到了二十世纪,爱因斯坦建立相对论,统一了质量和能量、时间和空间,也顺便把引力归纳进广义相对论。



广义相对论描述:质量影响着时空的弯曲,弯曲时空影响着物质的运动,这种影响效果正是经典力学中的“引力”。

换句话说:广义相对论认为“引力”并不是真的存在,只是弯曲时空对物质的影响效果而已,引力真正的本质是时空弯曲。


广义相对论场方程还描述,在时空曲率趋近于零时,场方程退化为经典力学中的引力场,万有引力定律是广义相对论的特殊情况。



由此可以看出,万有引力定律和相对论并不矛盾,广义相对论描述本质,万有引力相当于结果,属于前因后果的关系。


在人类能接触的大多数情况下,万有引力定律已经足够精确,比如计算行星、彗星、卫星和宇宙飞船轨道等等。



只有在引力非常强的地方,万有引力定律才会显现出明显误差,比如水星进动现象、黑洞附近等等,这时候就需要用广义相对论来修正,两者呈现着完美的统一。


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艾伯史密斯


你这个问题的提法要稍微精确一些就更好了。

首先,相对论包括狭义相对论与广义相对论。

其次,你这个问题的答案是:牛顿万有引力与狭义相对论是有矛盾的,但与广义相对论没有矛盾。

为什么牛顿万有引力与狭义相对论有矛盾呢?

你可以看看牛顿万有引力定律的公式。从公式里很明显看到,牛顿万有引力定律中引力与距离的平方成反比。那么,问题来了,这个距离是那个参考系里的距离?

我们知道,根据狭义相对论,距离与参考系有关。比如地球与月球的距离,在我们这个参考系里是384000千米。但是,换在织女星的参考系里,地球与月球之间的距离就不是384000千米。为什么?因为织女星在高速运动,相当于地球与月球是在高速运动,因此存在所谓的“尺缩效应”。距离是会因为高速运动收缩的,这就是狭义相对论的结论。

因此,牛顿的万有引力与狭义相对论是不相容的。具体你可以参考湖北科技出版社出版的《相对论通俗演义》,在那本书里已经说了这个事情。


潇轩


相对论与牛顿的万有引力定律的确说法不同,相比较而言,只是相对论引力观有所进步而已。但两种引力说都还没有认识到引力的本质和作用力范围。

牛顿引力说的最大问题是完全没有认识到星球之间有斥力。由于没有斥力的牛顿引力说,主导的星球运行必须要完全依赖于惯性。所以解释不了星系膨胀、宇宙膨胀,也解释不了星球公转运行的动力来源。而且根据牛顿引力说推演的宇宙演变结果必然是星球的大聚合。目前“发现”的“黑洞”“合并”,中子星“合并”,就是源于牛顿引力说。之所以把发现两字也加上了引号,原因就在于这种发现仅仅是由心理意志主导下的想像力发现,实际的宇宙根本不会出现所谓的黑洞合并、中子星合并。

为什么说相对论引力说有所进步?原因就在于空间弯曲说间接承认了星球存在斥力。所谓的空间弯曲、说的就是星球公转运行沿着弯曲空间运行,实际上就是沿着主星的能量层斥力面运行。由于爱因斯坦主观上仍然不承认星球之间有斥力,所以只能说他有所发现、有所进步,但没有认识到本质。

其实,能够产生重力的星球引力仅仅局限于星球个体能量斥力层以内,这个能够产生绝对重力的乾性引力的作用范围,与强力不超越原子核范围一样,根本不会传递到星球之间。星球都有个体能量层,表现星球引力的乾性辐射不会超越个体能量层范围。即便能够超越个体能量层的乾性辐射,由于互相之间是同性相斥的,所以表现的也是斥力。

否定了星球之间的乾性引力,当然,并不是说星球之间没有引力。星球之间的确是有引力的,只不过这种引力是与星球之间的能量层斥力永远相对平衡、或斥力稍大于引力的坎离极性作用力(其产生原因在以前的答题中有过比较详细的解释)。星球之间距离的相对稳定、或缓慢远离,就是由坎离极性作用力决定的。实际上,令目前学术界百思不得其解的暗物质问题,也是由这种作用力决定的。

因为坎离极性作用力的斥力是以个体能量层为边界的。所以,所谓的空间弯曲,实际就是这个能量层斥力面。太阳系行星,各自沿着太阳不同能级、不同强度的斥力面运行,所以互相之间不会产生干扰。太阳系各个行星与太阳之间的不同斥力等级的形成原因,这里不再做深入解释,在我的极性对应论中有详细解释。


周庆和1178559755


广义相对论的普遍结论告诉我们,质量引起时空结构的改变,从而导致万有引力。所以题主根本就是在陈述事实,并未说明矛盾到底出在哪里。

广义相对论并与万有引力不矛盾。但是,牛顿万有引力定律与广义相对论是矛盾的,二者只能一个成立、一个不成立。

要想理解为什么牛顿万有引力定律和广义相对论是矛盾的,首先要理解牛顿万有引力定律到底有什么问题是广义相对论不能接受的。我们先把牛顿万有引力定律忘掉,因为牛顿给出的公式太幼稚简单,不能说明引力场的动力学演化问题,为此我们需要将其改写为拉普拉斯方程或者泊松方程。拉普拉斯方程是齐次泊松方程,它是一个二阶常系数偏微分方程,但仅仅是对空间坐标求二阶偏导数的方程,被求导的函数是一个标量场,这说明牛顿万有引力的描述的是一个标量场,而且该场的传播速度是无限大。这个结论需要题主学习经典波动力学,经典波动力学告诉我们,以有限大速度传播的场,其场方程一定存在场函数对而时间纯二阶偏导数再除以场传播速度平方的一项,如果这一项不存在,那么意味着场传播速度为无限大。也就是说,拉普拉斯方程或者泊松方程反映牛顿引力论是超距的。但凡是超距的,都与相对论是矛盾的。也就是说,牛顿引力论与广义相对论注定是矛盾的, 一个成立、另一个就一定不成立。

事实上,万有引力是客观存在的,无论是牛顿引力论还是广义相对论,都是对万有引力演化的一种描述和解释。牛顿引力论只能的描述只能在引力场很弱、场源速度很低的情况下成立,当场源速度很高,或者引力场很强,牛顿引力论注定是错误的。

广义相对论则是比牛顿引力论更加接近万有引力本质的理论。至少在广义相对论里,一些牛顿引力论还需要认为设定的东西在广义相对论里可以被推导出来。从公理化体系的角度看,广义相对论是更加基础、公理更少的理论。广义相对论认为,引力来自于时空本身的几何结构——一般会解释为时空曲率,其实这是不准确的,单说曲率,那就指的是标曲率,标曲率在真空引力场情况下是为零的。准确来说,是因为时空的黎曼曲率张量导致了引力。按照广义相对论的精神,万有引力其实是时空几何结构导致的假象,但是由于时空的客观存在性,故引力既是客观存在、但又是假象!


科学联盟


相对论是错的,万有引力是对的。太阳的引力把空间变弯曲使地球绕太阳公转,要知道空间是不可能弯曲的,只有能力小的顺从能力大的,引力小的被引力大的抓住。这就好像大人抓住小孩的胳膊,他围着你转来转去就是挣脱不了,你不能说你的力使小孩周边空间变弯曲了,只能说,你的力气大过小孩的力气。同样地球绕太阳公转不是地球的周边空间被太阳扭曲了,是地球的引力小于太阳引力罢了。有人不是说地球所在的空间被扭曲了吗?假设有能力把地球拿走,这说明地球原先所在的空间还是弯曲的,假设放个更大的太阳或黑洞在地球原先所在位置,难不成更大的太阳或黑洞还得绕太阳公转?因为黑洞所在之空间早被太阳扭曲了。如果太阳围绕黑洞公转,这说明空间是不可能被引力扭曲的。能扭曲的是引力而不是空间,引力大的引力源物体扭曲引力小的引力源物体,使它不得不绕引力源大的物体公转。因此扭曲的是引力而不是空间。又例如有人说黑洞附近的空间被黑洞扭曲了,光若经过这扭曲的空间也被黑洞抓住。真的是空间被扭曲了吗?如果空间真被扭曲了伽玛射线怎么还能逃离黑洞泥?这说明光的速度不够快,它若有黑洞射线快,靠近黑洞照样过去。如果时空真的被黑洞扭弯曲了,射线根本逃不出来的。引力能把空间弄弯曲了就是个笑话。又例如人若遇见鬼打墙转来转去出不了一片地,是地周边的空间被精怪弄弯曲了吗?


袁保新


先从牛顿万有引力定律F=GM1M2/R²说起,作为一个孤立静态的质量物质M1,牛顿经典力学认为,距离M1为R的每个点上,引力系数为g,g=GM1/R²,与质量M成正比,与距离的平方R²成反比,常数项为万有引力常数G,在这个点上的质量物质M2,所受到引力F=GM1M2/R²。

将万有引力定律作一简单变换,以质量物质M1为球心,以R为半径的封闭球面,其封闭球面上的引力系数均为g,因为球面表面积4πR²,正比于R²,因此,在此球面上向外发散出去的引力系数积分和GM=4πR²GM1/R²=4πGM1,只与质量M1有关,而与距离R无关,任意球面均是如此。也就是说,GM=4πGM1,只与质量成正比,其他均为常数。

将万有引力定律作复杂变换,对围合质量物质M1的封闭曲面,在任意封闭曲面上向外发散出去的引力系数积分和GM=4πGM1,只与质量M1成正比。与质量物质M1质点距离R均为0时,封闭曲面退化为一个点,依然有:

GM=4πGM1。

可以进一步说,质量物质M1形成了点状球面发散的引力场,其点场值为GM=4πGM1。只是,牛顿经典力学认为引力场,是万有的,超距作用的,是天生的,即时的。


再讲广义相对论下的引力效应。

爱因斯坦提出,在任何参照系中,一切物理规律都是等价的、平权的,提出了广义相对论下的相对性原理,抛弃了经典力学的静态空间。

爱因斯坦提出,在任何参照系中,真空中光速均不变,提出了光速不变原理。当然,如今的量子力学理论上真空不空,现实中不存在真空。因此,stemmer提出光速不变原理应修正为在任何参照系、在任何介质中,光的瞬时速度不变一一光没有加速度。

爱因斯坦提出,惯性力场与引力场的动力学效应是局部不可分辨的,提出了等效原理。

在太空中,尤其在太空电梯中,人们不能分辨出引力效应与加速系的区别。当然,理论上区别还是有的,太空电梯的加速度方向是平行同向的,而引力效应则球面指向对太空电梯所有产生引力效应的质量体共同的质心,实际上,太空中这个质心距离太远,无法分辨。爱因斯坦认为,在局部惯性系内,引力场可以用加速系替代,引力质量等价于惯性质量,为弱等效原理。在加速运动的参照系中,万有引力和惯性力等效,为强等效原理。

以上三条原理,构成了广义相对论基石,据三条原理,得出四维时空距离S公式:

ds²=-C²dt²+dx²+dy²+dz²,结合拉格朗日函数、拉格朗日方程及泊松方程,爱因斯坦建立了广义相对论的引力场方程:

Gαβ=Rαβ-Rgαβ/2=-8πGTαβ/C^4。

它是一个二阶非线性偏微分方程组,所有系数都是在极端情况下“确定”的。

在经典力学中,默认引力场是静态的,那么Rαβ=0,爱因斯坦场方程变为真空场方程。在牛顿经典力学中,时空是平直的,距离:

ds²=dx²+dy²+dz²,比较相对论下的公式:

ds²=-C²dt²+dx²+dy²+dz²,少了-C²dt²项或=0,

在泊松方程中,将GM=4πGM1,作了改进,认为引力效应是光速C传播的,将质量M1变换为质量密度ρ,爱因斯坦推广了泊松方程:

▽²ψ=4πGρ/C,其间应用了牛顿引力理论。

爱因斯坦场方程中,所有常系数都是在极端情况下“确定”的,数学上只推导得到:

Gαβ=Rαβ-(R/2-λ)gαβ/=-KTαβ。

后来的场方程右项-8πGTαβ/C^4的常系数-K:

K=8πG/C^4就来自于泊松方程。

广义相对论爱因斯坦场方程,包含了泊松方程,而泊松方程常系数来自于牛顿经典力学,来自于万有引力常数G,来自于GM=4πGM1,来自于牛顿万有引力定律F=GM1M2/R²。

只是,爱因斯坦场方程常系数,以及是否还有宇宙常数λ,都是在极端情况下“确定”的,相对论是万有引力定律的发展延伸,包容了万有引力定律,但现有常系数也只是数学上的特解,想“确定”常系数,单纯在数学上,无能无力,还得物理探索实验中缩小范围,或得扩大范围改进后,才是宇宙真实面貌。

数学上,Gαβ=Rαβ-(R/2-λ)gαβ/=-KTαβ成立。

因此,万有引力是相对论特解,不矛盾。


stemmer


万有引力属于经典物理学范畴,相对论属于现代物理学,二者肯定有矛盾。正是有矛盾存在,才能导致相对论和相对论时空观的形成。



牛顿万有引力是在绝对时空观下提出的,所以认为万有引力是一种超距作用,是一种和时空无关的质量效应。牛顿万有引力,无法对引力产生的本质进行说明。而相对论则是在相对时空观下提出的,认为时空和引力关系密切,引力产生的原因就是时空的凹陷造成的,而这种凹陷的大小,和物体的质量正相关。如果是运动的物体,这种时空凹陷则会随着物质的运动而变化,从而产生像水波一样的时空涟漪,即引力波。而引力波已经证明是存在的,质量导致时空的弯曲也被证明。



所以,万有引力,只是提出来了这种力的存在,并的到了一个这种力的大小计算公式。而相对论,则是从本质上提出了引力的来源。

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这个问题怎么说呢,应该是不矛盾的,首先万有引力是由牛顿提出来的,牛顿认为宇宙当中的任何物体,都是互相进行吸引的,那么万有引力也就是这么来的。

不过牛顿虽然提出了万有引力,但万有引力究竟是怎么产生的他并不知道,那么后来爱因斯坦给了我们一个答案,万有引力在他看来并不是一种力,而是时空弯曲的一种体现。


所以从某种程度上来说,爱因斯坦完善了万有引力的定律,他很好解释了引力从何而来,又从何而去的基本现象,解决了长期以来,人们对于万有引力是怎么产生的疑惑。

那么广义相对论当中, 关于引力是怎么产生的,大家想必应该都听过,宇宙的空间并不是平坦的,一些大质量的天体会使得时空弯曲,那么由于时空是弯曲的,一切的物体都会沿着弯曲的时空进行运动,即使是光也是如此。

另外还有一点,就是牛顿认为,时间和空间是绝对的,它们不会产生变化,并且牛顿还认为宇宙的空间是平直的,但爱因斯坦则认为时间和空间并不是绝对的,它们也会产生变化。

那么我们今天学到知识已经证明了这一点,时间可以变慢,而空间也可以弯曲,一切的一切都是相对的,那么正是由于时空弯曲的效应,才会有万有引力的现象发生。

所以总的来说,广义相对论解释了万有引力的根源所在,它告诉我们为什么物质之间会产生引力这个事,然后抛出了时空弯曲这个全新的概念。

这就好像牛顿发现了天上会下雨,但雨是怎么产生的他并不知道,而爱因斯坦告诉世人,雨是水蒸气凝结而成的,到了一定的程度之后,它就会落下来,所以广义相对论和万有引力,一个是前因,一个是后果.........


种植恒星


并不矛盾,相反,相对论很好地解释了万有引力产生的本质,也就是为什么会有万有引力!

牛顿提出的万有引力定律让我们明白了为什么我们能够现在地球上,但是牛顿始终没有解释万有引力到底是怎么产生的。

而这个艰巨的任务留给了那个无人不知无人不晓的人物:爱因斯坦,他极具颠覆性的思维方式彻底改变了我们对周围时空的传统认知!

这就是爱因斯坦著名的广义相对论,它让我们清楚地明白了万有引力到底是如何产生的。

广义相对论表明,我们所处的时空结构并不是平坦的,而是具有弹性的,就像一块具有弹性的布料一样,可以伸缩,弯曲,甚至折叠撕裂,而万有引力的本质就是有质量的物体造成的时空凹陷,物体沿着这种凹陷的运动!

爱因斯坦的这种时空观太具有颠覆性了,这也是为什么如今“爱因斯坦”四个字不仅仅是一个人名了,更是智慧和高智商的代名词!


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