人类现代科学发展了几百年,在这段漫长历史里,诞生了很多伟大的科学家,如果让你对所有科学家进行排名的话,排行前两位的会是谁呢?
或许每个人的排名并不一样,毕竟这种排名没有标准答案,维度不一样最终的排名也会不一样。但无论如何,你都不能忽略这两个科学家的名字:牛顿和爱因斯坦。
在很多人眼里,牛顿和爱因斯坦堪称人类历史上最伟大的两位科学家,他们对人类科学发展做出了卓越贡献,具体哪些贡献就不详述了,这里就挑重点来讲,那就是万有引力。
我们都知道,牛顿提出了万有引力理论,让人类第一次知道了万物之间都存在着引力,引力也是我们为什么能站在地球上的根本原因。
如今距离牛顿提出万有引力理论已经过去了几百年了,但这个理论仍然统治着我们的世界,从天上飞行的卫星,探测器,飞机,到地面跑的火车,汽车,再到海洋里航行的万吨巨轮,它们的运动都受到万有引力的统治。
关于“牛顿研究苹果落地”的故事也家喻户晓,虽然牛顿发现万有引力的过程,绝不会仅仅因为一个苹果,过程会非常坚信,也很复杂,但这个故事也让我们明白,很多看似深奥的大自然法则其实就在我们身边,就看我们有没有一双善于发现的眼睛,更重要的是永远保持一颗好奇心和探索欲望。
牛顿提出万有引力定律固然伟大,但他本人也知道这个理论有个致命的瑕疵:万有引力的本质到底是什么?也就是说,引力到底是如何产生的?
牛顿本人当然知道他并没有给出引力的本质,他也曾经对这个问题进行深入思考,无奈都没有找到答案。虽然牛顿很伟大,但再伟大的人也无法突破时代的局限性,这种局限性任何时代都有,任何人都很难突破。
以当时牛顿时代的科学发展水平,牛顿没有发现引力的本质是很正常的事情,时代的局限性彻底束缚了牛顿的思维。
这个艰巨的任务留给了另一位伟大的科学家,他就是爱因斯坦。
爱因斯坦很欣赏牛顿关于万有引力的描述,但他知道这个描述并不能让人满意,因为他想知道引力产生的原因,引力到底是如何产生的?
单凭科学文化知识很难探索出引力的本质,这个问题更需要天才般的飞跃性思维和想象力。在狭义相对论的基础上,爱因斯坦把惯性系扩展到所有的参照系,同时大胆启用惯性力与引力等效的原理,提出了伟大的广义相对论,从而触及到了引力的本质。
广义相对论其实并不难,虽然其中牵扯到复杂的数学计算,但对于科普工作来讲,我们只需要通俗地去理解广义相对论就可以了。虽然通俗往往意味着不太严谨,但对于科普工作已经足够了,因为普通人并不需要太专业的研究和了解。
爱因斯坦强调,引力的本质其实就是时空弯曲。没错,我们传统思维里会认为时空是绝对不变的,是平坦的。但爱因斯坦并不这样想。他认为时空并不是绝对的,时空就像弹性布料那样可以弯曲,压缩,甚至撕裂。
而任何物体在弯曲的时空中运动,都会感受到一种无形的力量在拉拽着它,这种力量就是引力。
说白了,引力的本质就是时空弯曲,引力只是时空完全的表象,甚至可以认为引力是不存在的,存在的只是时空弯曲。
不过网络上对时空弯曲的描述其实并不严谨,很多时候只是一种通俗的描述,目的是方便大家理解。很多图片中把时空弯曲描述成重物压缩弹性布料那样向下弯曲,但是由于太空中并不存在上下的概念,“向下弯曲”是不存在的,那么到底该如何弯曲呢?
弯曲的方向是朝着物体的质心,同时物体的运动也会拉拽着时空一起运动。
简单说就是,物体告诉时空如何弯曲,时空告诉物体如何运动。
虽然引力的本质是时空弯曲,但我们并不会用时空弯曲彻底取代引力。因为普通物体对时空弯曲的影响微乎其微,完全可以忽略不计,只有大质量天体对时空的弯曲比较明显,所以日常生活中万有引力已经足够精确,没必要用更精确的时空弯曲。
更重要的是,万有引力定律公式很简洁,而广义相对论非常复杂。只有在探索大型天体的运动规律时,科学家才会用到广义相对论。
说白了,牛顿的万有引力就是广义相对论的特例和近似值。虽然只是近似值,但在我们生活的地球上已经足够精确!
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