萬有引力、引力透鏡和引力波,宇宙與時空原來就是這麼一回事。

只要你上過學,就一定知道萬有引力,所謂的萬有引力,指的就是任意兩個具有質量的物體之間存在著相互的吸引力。這一理論最初是由物理學家牛頓所提出的。正是因為引力的存在,蘋果才會墜落到地上。我們才能腳踏實地的生活在地球之上,宇宙間的天體才能夠相互吸引,有序運行。不過,一般人所知的引力與引力的本質實際上並不相同,在牛頓的理論體系之下,引力的本質實際上是一種力,可事實並非如此。

隨著廣義相對論的出現,我們正式由牛頓的時代跨入了愛因斯坦的世界,從此,我們才開始認識到引力的本質。引力並不是一種力。

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引力的本質並不是一種力,而是時空的彎曲。何為時空?顧名思義,就是時間與空間,對於空間,並沒有異議,看得見摸得著。而對於時間,很多人表示質疑,認為時間只是人類發明出來用於記錄運動過程長短的指標,事實上並非如此,時間與空間一樣,都是客觀存在的。不僅如此,可以說時間與空間是緊密相連不可分割的,兩者都不能拋棄對方而獨立存在。正因為兩者一體,所以我們才用一個詞來表述,那就是時空。引力的本質是時空的彎曲,時空如何彎曲?對於這個問題,最便於理解的闡述方式就是類比了。

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我們可以將時空類比為一張大網,當一個有質量的物體放置於這張大網上的時候,就會將這張大網壓出一個坑,而在坑周圍的物體就會因為坑的存在,而向坑中心滑落,這就是引力。通過這個類比,我們很容易可以看出引力的本質是一種幾何效應,是時空的彎曲。這並不是憑空的想象,而是有充分證據的。你有沒有聽說過引力透鏡效應?我們說了,任何有質量的物體都會導致周圍的時空發生彎曲,質量越大的物體周圍時空的彎曲程度就越大,就比如太陽吧,它周圍的時空就處於極度彎曲的狀態。而這種極度彎曲的時空就如同一面透鏡一般。

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所以當遙遠的宇宙有一顆恆星的光芒經過太陽周邊時,時空彎曲所導致的透鏡效應就會使恆星的光芒方向發生變化,所以我們看到的星星其實並不在其本來的位置,當地球公轉和太陽的位置發生變化之後,恆星的光芒不再經過太陽周邊,我們就會發現這顆恆星在另外一個位置之上了。這就是引力透鏡效應。通過引力透鏡效應可以證實時空彎曲是客觀存在的。講了引力和引力透鏡效應,怎麼能不說說近些年大火的引力波呢。其實引力波早已被愛因斯坦提出,近年來發現的引力波只是對愛因斯坦理論的進一步證實。也充分說明了愛因斯坦對於宇宙描述的正確性。

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上面講引力的時候已經做過類比了,大質量的天體會導致周圍時空彎曲,如同在大網上壓出一個坑,而相互糾纏的天體並不是一動不動的,而是會運動的,當天體在大網上運動的時候,大網上的坑自然也會隨之變換位置,而這種變化就會導致振動在大網上進行傳播,也就是時空彎曲所產生的波向外傳播,而這股波所過之處必然會導致物體的拉伸,而我們正是利用這一點,放置相互垂直的兩道光線,當引力波到來之時,一條光線被拉伸,而另一條光線不變,它們之間的干涉條紋就會發生變化,於是我們便能清楚的探測到引力波的存在。通過引力波,我們能夠探索更為遙遠的宇宙,對宇宙和時空產生更為清晰的認識。


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