以吾之名號令天道
在相對論裡,時空彎曲確實取代了引力。但這並不意味著有了相對論,就不能用其他理論了。只要其它理論的描述能與實驗數據相穩合,一樣可以被接受。
“黑貓白貓,抓著耗子就是好貓”這句話目前對於科學依然適用。一個理論,可預言,可檢驗就是好的。可預言,實際上就是得具有實踐指導價值,也就是好用。而愛因斯坦的時空彎曲理論和牛頓的萬有引力理論,各有各的運用領域,不可替代。
驚世駭俗的時空彎曲,統領引力,制霸“高速強場”。
在愛因斯坦的相對論中,將引力解讀為時空彎曲的幾何效應,並根據黎曼度規張量發展出了廣義相對論的場方程。
廣義相對論引力理論實際包含兩個方程:一個是告訴物質如何扭曲時空的方程——引力場方程;另一個是告訴物質如何在彎曲時空中運動的方程——運動方程。
從物理方程來說,相對論場方程比萬有引力方程更精準,可解釋的引力範圍更大,並符合萬有引力解釋不了的“高速強場”下的觀測數據。也就意味著,引力的時空彎曲解釋優於超距作用的解釋。對相對論的各種實驗檢驗,已使它成為了物理學牢不可破的基石之一。
由它推斷出的“鐘慢尺縮”效應已應用於了GPS定位系統,"引力透鏡”也成為了天文學觀察的重要工具,預言了“黑洞”這樣的宇宙巨獸。同時,它還揭示了引力與加速度等效的“等效原理”。
總之,時空可以彎曲的概念,讓我們對宇宙的理解有了全新的視角,並對探索宇宙有極大的指導意義。
萬有引力輕便靈活,適用於“低速弱場”
在“低速弱場”的近似下,即物體的運動速度比光速低很多,且引力場不太強的情況下,愛因斯坦引力場方程可以簡化成萬有引力方程,廣義相對論的結果與牛頓力學一致。
萬有引力作為相對論在低速環境下的近似解,其計算結果並不算錯,它們之間的差距微乎其微。但對比相對論複雜的10階張量方程,萬有引力的“平方反比定律”簡單易用。
就像你有一包30重的行李需要找人幫你提,10元請一個棒棒就能搞定,但有人讓你找個起重機來提,因為起重機可以提10噸重的東西,而且比人力更穩,你會願意嗎?
適用才是王道,在嚴謹的科學領域,依然如此。萬有引力定律在地球上運用是完全適用的,而且即便是阿波羅登月,運用的也是牛頓的萬有引力。也就是說,在地月系統的環境中,萬有引力依然適用。
一般來說,運動速度只要不超過光速的1/10,都屬於低速環境,而地球的環境也屬於弱引力場,適用於萬有引力定律,而超過了光速的1/10,就要考慮用相對論來思考問題了。
而在大尺度的宇宙探測中,所有的天體相對於我們來說,都屬於高速運動,而黑洞也是在研究相對論的極限強引力場中,推測出來的怪物,所以我們要解釋宇宙就離不開相對論。
從哲學上來說,科學就是一種實用主義。
可以說,只要人類還未離開地球,在日常的適用性上,牛頓萬有引力理論就優於愛因斯坦的相對論。
就像一把隨身攜帶的快刀,和一把每次出鞘都需要大量解封儀式的無鋒重劍,用來削蘋果,你選哪一個?場方程的計算太繁瑣,它雖能幫我們攻克知識認知的巨石,但日常應用難免太費事。
目前,萬有引力的優勢在於應用,相對論的優勢在於概念與精準度。萬有引力用起來好用,但牛頓對於引力的解釋是不完備的,相對論塑造了引力全新的概念且精準,只是不太好用。
愛因斯坦為引力引入的時空扭曲概念,取代牛頓萬有引力的超距作用,是一個巨大的進步。時空扭曲的概念,極大革新了人們對於世界的認知。有利於人類更深入理解世界,以構建更宏大的宇宙描述。
但理解世界,人人都有自己的一套方法論,在物理學領域也是如此,推導的基礎不同,得出的理論也就不一樣,而另一套與相對論同樣優秀的量子力學理論,與相對論就是完全不同的路子。
時空彎曲這麼完美了,為什麼還需要量子力學的引力子說?
時空彎曲,雖然對引力的描述十分完美,但卻無法描述其它的力,讓它顯得還不夠完美。而物理學後期的發展,是為了尋求一種統一的理論,這也是愛因斯坦晚年去追尋統一場論的原因。
而量子力學作為與相對論完全相反的一種理論體系,卻能統一除了引力以外的其他三種力。引力子即便還未被發現,也讓人捨不得放棄。
在真正的終極理論還未正式出現以前,相信相對論和量子力學,將作為物理學界的兩大基礎理論,一直並存。
也就是說,關於引力的不同理論的解釋,能夠長期並存於物理學界,並不是因為各理論對於引力的解釋還不完善,而是因為能夠包容引力的統一理論,遲遲未能正式建立。
而唯一能夠同時包容量子力學和相對論的超弦理論,卻因為無法被檢驗,而不能算著一門真正的理論。
目前我們所有的知識僅僅來源於宇宙汪洋中的一座偏遠孤島,認知的侷限讓我們無法看見宇宙的全貌,而任何物理學理論的發展,清晰的物理圖景是十分重要的,不然就成為了神秘的數學宗教。從物理圖景到數學公式支撐,再到實驗驗證,這三步對於一個理論來說缺一不可。
總結
這個問題的核心不是時空彎曲能不能取代引力的問題,而是為什麼會有各種不同的理論並存的問題?回答是科學版圖諸侯割據,還未大一統。在物理學家看來,這些眾多不同的理論,都是大一統理論的前生或一部分而已,只是目前我們還不知道如何把它們拼合起來。
任何追尋真理的科學探索,都是要付出巨大代價的。每一種新理論體系的建立都是一種冒險,因為新理論都必須要解決原有實驗數據的解釋問題,才能成為科學之樹上的新枝丫。
科學本就是一種繼承再迭代的系統,任何能經受住時間檢驗的理論,都是有其價值的,理論就像工具,怎麼用?還在於人,以及人所處的環境。
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萬有引力的本質不是時空扭曲而是空間縮收,是帶質量物體吞噬周圍的空間,造成空間運動空間收縮,形成空間的漩渦。在空間的漩渦中,空間在向物體的中心方向運動,想離開帶質量物體周圍空間漩渦中,必須能克服空間向物體的中心方向運動。
引力波的發現證明愛因斯坦的時空扭曲是錯誤的,廣義相對論預言了引力波的存在,但以時空扭曲理論去測試引力波是測試不到的,近年來改用空間縮收理論,才測試到引力波。而空間縮收產生萬有引力現象的理論,是道德經的引力理論。
道德經的萬有引力理論:“萬物負陰而抱陽,衝氣以為和”。萬物釋放空間的“陰”圍繞著吸收空間的“陽”而運動,物質之間的空間空虛產生萬有引力現象。
溫度低的物體由於需要吸收周圍的空的能量,空間向低溫物體中心縮收,產生冷凝現象。
帶質量物體由於需要吸收周圍的空間進行黑體輻射,周圍的空間向帶質量中心縮收,產生萬有引力現象。
太極陰陽轉化不是簡單的溫度高低,太極雙魚,一魚吸收空間的物體為陽,釋放空間的物質為陰,另一邊才是溫度高的為陽,溫度低的為陰。
在星系中公轉線越快的天體,釋放的黑體輻射越多,產生的萬有引力G越大;天體的自轉速度越快,產生的萬有引力G越大。
太上邪神
簡單來說,當我們說某件事物的本質時,這種說法其實是不嚴謹的,理論上講我們不會到達事物的本質,只能接近,這是科學的定義所決定的!
而愛因斯坦和牛頓對引力的不同描述有什麼區別呢?簡單講,愛因斯坦的空間彎曲是相對時空觀,而牛頓的萬有引力是絕對時空觀,空間彎曲傳遞引力是需要時間的,而牛頓的萬有引力是瞬間完成的,不需要時間。
哪個正確呢?愛因斯坦的空間彎曲更準確,牛頓的萬有引力定律只是廣義相對論的近似值,但即使是近似值對於我們來說已經足夠用了,因為我們生活的世界裡無論是速度還是引力都非常有限,所以誤差非常非常小,如果非得刻意追求廣義相對論的精確,反而會更麻煩,也沒有必要!所以科學家不會放棄引力的概念!
同時,廣義相對論絕不僅僅是空間彎曲這樣簡單的描述,它的背後有複雜的數學計算才得出的公式,比如說高等數學等,絕不是一個“空間彎曲”這樣一個相對模糊的概念!
那麼既然空間彎曲是更準確的描述,為什麼還要尋找可能不存在引力子呢?
凡事沒有絕對,科學家發現其他三種力都有基本的相互作用粒子,自然會猜想引力是否也有基本作用粒子,比如引力子?
在科學領域,沒有對錯之分,只有在一定範圍內更準確之分,有可能引力子是比空間彎曲更接近引力的念說形式,就好比光的波粒二象性一樣,事實上光的本質不可能即是粒子也是波,只能是一樣,而之所以有波粒二象性是因為人們對光的特性的觀察結果定義的!
宇宙探索
關於相對論的不可靠性,有興趣的朋友們可參閱本人的以下文章:
彭曉韜
這個問題很好,我來試著回答一下。
愛因斯坦廣義相對論作為科學理論,將引力表述為時空的曲率——引力不是力,是時空扭曲的結果,預言了引力波、引力紅移、引力透鏡等物理現象的存在,並都已被證實,是牛頓引力定律的更精確的版本,革命性的改變了人類對宇宙的認識,極大推動了物理學的發展。
但一個科學理論,不是真理,只是不斷的在向真理靠近,我們從來無法證明一個科學理論是“永遠”絕對正確的。廣義相對論也是如此,它註定不是一個完善的理論——在黑洞處、宇宙大爆炸處失效就是證據。另一方面,時空扭曲的表述必然導致更高維度的時空模型,而高維時空至今並無任何直接觀測證實,加上廣義相對論和量子力學的不可調和性等等,因此,科學家們本著質疑、不迷信權威的科學精神,並不能徹底丟棄“引力是一種力”的定義。再沒有最終完全理解引力的狀況下,多角度展開研究不失為穩妥的策略。
例如,量子力學中的波粒二象性,我們在研究光的時候,有時視其為波,有時又視其為粒子,也許是出於對光的本質至今沒有真正認知的原因,但這種互補的確極大的推動了對光的認識,何樂如不為?
另一方面,“粒子標準模型”雖然存在很多問題,如其中有一大把的參量只能實驗獲取並不能通過理論本身計算獲得,並需要很精細的微調等,但仍然是現在已經發展成為相對完善的最成功得理論之一,物理學家們為此付出了極大的心血,成功解釋和預言了大量的物理現象,2012在大型對撞機上發現的希格斯粒子就是其預言的。“粒子標準模型”也預言了“引力子”的存在,並作為最後一塊拼圖,和其他三種基本力一樣,引力子作為傳播引力的信子,物理學家們當然不會放棄探尋。
總之,科學至今真正創立不過300年,人類對世界的認識還及其淺,廣義相對論雖然偉大,但並不完善的,沒有人敢說引力是時空的扭曲就是真理,不應失去質疑,這恰是科學精神所在。
人擇原理
那他們倆誰都替代不了誰,他們都是對引力規律的模擬。對於引力相互作用現象的描述。
人類的理論模型不等於自然規律,人類是在用理論模型去無限逼近自然規律。就如同泰勒展開用多項式逼近函數圖像一樣。
對於引力相互作用,牛頓的描述是兩個質量的物體之間的互相吸引,有可能是超距作用。法拉第場概念之後,人們意識到相互中通過場來傳播的。牛頓引力定律能夠很好地描述引力相互作用現象,比如我們發現海王星。但是,“多項式”(牛頓萬有引力模型)在有些區域卻和"原函數圖像″(引力相互作用現象)偏離越來越大。如光線彎曲預言小了一半,水星近日點進動等等。
愛因斯坦的描述是物質的分佈和運動影響周圍時空結構讓其發生彎曲,而引力只是時空彎曲的幾何效應。也就是說,不受任何相互作用物體在引力場中是測地線(數學家根據直線的性質的擴展)的,這也就是為什麼說廣義相對論框架之下說引力不是力的原因。
這個“多項式”(廣義相對論)不僅能夠描述之前那個所能模擬的,而且它所不能描述的一些“區間”(區域範圍)。但是他有些東西也是不能夠解釋和預測的。比如,如果考慮引力相互作用的量子效應。這就是我們為什麼要發展量子引力理論的原因。
我們要尋找下一個多項式,他能夠更大範圍的去逼近原函數。
理論或者模型具有有效性,範圍性,有限性。
之所以是這樣,還是因為上述原因。
因此這個問題就很好回答了,廣義相對論框架中的彎曲時空和牛頓引力定律在相同的範圍之內,預言幾乎是沒有任何差別的,所以,兩者不存在誰替代誰,因為在一些範圍內,相對比較簡單的牛頓引力定律更容易解決問題,而且得到的結果跟實驗符合很好。這就是牛頓引力定律為什麼一直留下來原因之一。
耀星會工作室
這裡涉及愛氏相對論基於“閔氏空間”與“黎曼空間”兩個純幾何的時空模型。
我的答案是:不用“時空彎曲”取代“引力”的主要原因是有以下兩個基本估計:
①時空張量場T=L(x,y,z,ict)只是數學建模。
L是拉格朗日算符:L=L(i,j,k)=△=▽²,是帶三維基矢(e'=i,j,k)的二階偏導數操作的代號,寫全了就是:L=△=id²/dx²+jd²/dy²+kd²/dz²。
②科學界普遍默認,用時空張量場(T)替代萬有引力(F)未必是一個可靠可信可操作的好主意。因為空間是什麼,我們依然是一頭霧水。
有必要:明確時空的基本性質,揭示閔氏時空與黎曼時空與物理時空的不自洽問題。
否則,對本題的回答是不能令人信服的。
以下先討論“物理時空”的相關問題。然後再切入本題。
物理空間的基本性質
提出“物理空間”的意義在於:不可以把冥冥之中想象的數學時空強加於真實時空。
目前,科學界對空間的認知:在實際工作中是道法自然的、純實用主義的;在理論研究中,是膚淺浮躁的、純幾何思維的。
1. 空間的基本概念:定義與功能
空間的定義
空間,作為一種物質存在形式,是隻含並充滿場量子的有質量/能量/密度的真空場。
空間的構成:
空間的基本單元是場量子。場量子可以模擬為一個漣漪子或漩渦球。
空間的功能:
空間可以吸納·承載·傳播各種力(如摩擦力)、各種能(如化學能)、各種場(如地磁場)。
空間的別稱:
空間=空間場=真空=真空場=場介質=介質=場=以太=炁=暗物質=暗能量。
空間的哲學:
①聚則成器,散則成氣。②色空亦空,四大皆空。③無有無不有。
2. 場制衡原理:
根據F=GMm/R²,質量效應(Mm)與空間效應(1/R²)是相互制衡的。
有多大的質量就有多大的場半徑:m∝R³。
實體的慣性質量(m)與真空的引力質量(m')是相互制衡的
超對稱關係:m=m'=V'ρ',
場制衡方程:m=⅓4πR'³ρ'...(1),
方程(1),可估計引力場半徑。
3. 空間的分類:內空間與外空間
實體的定義:
實體是特定空間中至少含有電子的物質體系,也叫體系或物系(body system)。
實體的分類:
①獨立存在而極其穩定的基元實體(電子與質子),可把中微子歸入高頻光量子 ;
②由基元實體結合的複合粒子(如中子/原子);
③由複合粒子結合的大粒子(如分子/大分子/基因/病毒/細胞/汽車)。
④由大粒子聚合的宏觀物體(如宇宙塵埃/行星/恆星/脈衝星)。
內空間:
內空間是實體或物系內部的空間。比起實體所含的亞原子而言,內空間是極其廣闊的。
原子半徑約53皮米,核外電子半徑2.82費米,原子核半徑約1.5費米,內空間體積是電子體積的(53×10⁻¹²/2.82×10⁻¹⁵)³=6.6×10¹²倍。
內空間光子的動能(hf)密度是較大的。內空間的光子頻率(f)主要取決於核外電子的繞旋速度v。
核外電子動能與內空間光子動能(輻射能)有光電效應的超對稱關係,
即:½m₀v²=hf...(2)。
不同的電子速度激發不同的光子頻率,而核外電子從近核點v最大到遠核點v最小。因此就有了原子光譜的超精細結構分佈。
內空間具有封閉性
一方面是因為內空間光子有強大的梯度吸附力,將原子要素收斂在一起。另一方面是因為電子運動具有強簡併壓。
內空間具有旋轉性
因為內空間是實體的要素成分,當然會隨著實體一同運動。飛機內空間是封閉的,否則艙外衝擊波闖入不可思議。
外空間:
實體表層或殼之外的空間,叫外空間。
殼是微妙的。比核外電子的遠核點進動半徑再大不少,大致是原子的殼半徑。
原子與原子之間的相互作用,是經由原子附近的場作為作用力載體進行光子交換的,不可能是兩個原子的核外電子之間直接的裸接觸。
摩擦力,看起來是兩個宏觀物體的直接接觸,而在分子尺度上則是光子間的熱平衡機制。
近空間:
實體附近的外空間簡稱近空間。近空間充滿了較高頻光子,但隨著實體真空引力場半徑的延伸,依次推湧的光子會逐漸降頻。
遠空間:
遠離實體的空間,依然是實體引力場所統轄的空間。通常可以把足夠遠的空間某點,作為引力勢能零點。
背景空間:
即普朗克衛星在離地球150萬千米的深太空所接收的所謂的宇宙微波背景輻射所在的空間,溫度為2.725K,微波光子的波長為7.35釐米,類似21公分線,頻率4GHz。
此背景微波,未必就是真正的最低密度、最大真空度、最大熵值的外空間。按物理邏輯,應該有更加深遠的外空間,或許是背景長波。
混沌空間:
如果背景空間的光子波長足夠大、背景頻率足夠低、背景密度足夠小,那麼這樣的空間就是純粹的引力子空間。
只有場量子在原處的震盪或漲落,而沒有依次推湧,所有的電子與質子全部消散為引力子,其熱力熵達到最大值,這樣的空間就是混沌或熱寂空間。
4. 場量子的定義:機制與特性
場量子,以光速自旋(翻滾/漲落/震盪)。
場量子的固有質量是電子質量(m₀),
場量子的固有勢能是電子引力勢能(m₀c)。
場量子定義的依據是電子湮滅方程,
正負電子加速到光速(2×½m₀c²=1.02M)碰撞突變為正負光子(±γ)並釋放能量Q=1.02M。
根據質量守恆,把e=γ作為定義引力子的理論依據。
根據能量守恆,把e+Ek=γ+Q作為定義光量子的理論依據。
場量子之間可以像波浪一樣相互推湧。只要有實體的運動,就會激發空間的波動。
運動的實體,作為震源或波源,總是激發場量子做徑向推湧,進而表現為引力波與電磁波。
4. 場量子的分類:引力子與光子
場量子有兩類:引力子與光子。
引力子是場量子的基底形式。
光子是引力子的載能形式。
引力子,是隻有電子慣性質量(m₀)與電子引力勢能(m₀c²)的場量子。
實體激發引力子推湧的空間分佈,是從足夠近的最高頻(f₀)不斷降頻到足夠遠的最低頻(fₙ)
光量子,是既有引力子的基底特徵,又有承載各種動能(如輻射能/電能/化學能)的場量子。
實體的震盪或進動的動能(Ek),必然會推壓或激發場量子並承載此動能並不斷降頻紅移。
為什麼說“力是走直線的”?
從F=GMm/R²與F=kq²/R²的場半徑平方效應來看,無論是內空間亞原子之間的相互作用,還是外空間天體之間的相互作用,所藉助的場量子都是依次徑向推湧或成放射性方式波動的。
力走直線的理由1:
力是通過光子傳播的。光子是徑向推湧的,光是走直線的。當光遇到障礙時,要麼被吸收,要麼偏折以後依然走直線。
力走直線的理由2:
場是有梯度的。從近空間到遠空間,光子的能密越來越小。空間的能密分佈遵循熵增加/最小作用量/熱平衡的自然法則。
力走直線的理由3:
如果力的走向是旋轉的或彎曲的,那麼它們的路徑積分值就不是最小作用量。
為什麼說“運動是走曲線的”?
物走曲線的理由1:
無數日常生活的體驗與物理觀測的現象,都可以證實運動是走曲線的。
物走曲線的理由2:
牛一定律,慣性運動方向總是沿著切線方向,走測地線循環運動。切向運動就是曲線運動。
物走曲線的理由3:
最小作用量原理表明:唯有切向運動才是最自然最自在的運動走向。
即便是有外力作用下的橢圓運動、拋物線運動、雙曲線運動,其每一個分段細節依然是走切向運動。
時空彎曲的學說,是不自洽的
狹義相對論的理論基礎是閔氏時空,認為時空是旋轉的。
就實體內空間而言,時空的確是旋轉的,
但就實體外空間而言,時空是平直的。
時空的平,表現在空間的大量光子,都是按球面波(即平面波)一圈圈依次推湧的。當然這個平是基於極限意義的。
時空的直,表現在空間的大量光子,都是沿著放射狀徑向以直線方向依次推湧的。
時空的關鍵1:
在觀測與研究天體的動力學行為時,我們總是把天體看作一個質點,從不考慮其內空間的旋轉特性,只考慮外空間的分佈參數。
時空的關鍵2:
閔氏空間兩點之間距離,所採用的勾股關係式s²=r²+(ict)²正是旋轉時空的標籤。然而,空間兩點之間的距離,只有當光子經歷依次推湧路徑(s=ct),才能傳遞有效信息。
手電筒照射月球,從O發出兩束橫掃光OA與OB,AB兩點的距離與相對速度都是無信息價值的。因為從A到B並沒有實現光子湧動過程。這同樣可以證偽“量子糾纏超距論”。
由此可見,旋轉的閔氏空間(彎曲的黎曼空間)的數學建模,並不適合物理空間的實際情況。
解釋:水星近日點的額外進動
對於用廣義相對論的時空彎曲計算出水星近日點額外進動值Σ△φ=43角秒/百年與實際觀測值吻合的很好,不少人從此對廣相的彎曲時空堅信不疑。
在廣相的引力場方程的左中右三項表達式中,
左側的引力場張量(度規);既是中間黎曼空間張量場(度規),也是天體慣性勢能張量場(度規)。
黎曼空間只是過渡或幌子,公式的有效計算部分是:Gμν=(8πG/c⁴)Tμν。
這與筆者上面給出的場制衡方程,沒有出現慣性質量內在機制,具有異曲同工之妙。
光偏折公式:Δφ=4GM/R₀c² : 其中,M,R₀為太陽質量與半徑。 可化為:Δφ=4v²/c²=4β², 而近日點多餘進動(廣相效應)公式:Δφ=β²,其中當引力場的環速:v=√GMR。 即:光偏折總角度=4倍廣相效應。▲v=√GMR,v²/R=GM,mv²/R=GMm/1²,這樣根據量綱分析的結果,引力場的環繞速度,本質上還是水星的繞日速度,無新意。
筆者認為“1²”必須有,似乎在湊,否則量綱就不平衡,筆者不便明說,請讀者思考。
不過,Δφ=v²/c²的確值得玩味。v²與c²意味著超對稱:有½mv²=nm₀c²=nhc/λ,前者代表實體 後者代表n個引力子。
物理是實驗科學。現在的問題是:
①水星的質量究竟是多少,有多少系統誤差與隨機誤差鬼都不知道。怎麼確保Δφ如此精準?
②太陽也有橢圓運動的額外進動,即太陽系的慣性參數也會變化,這就涉及三體問題。
③水星的橢圓運動,不可能是閉環的,而應該是開環的,雖然可以近似處理。
④如果近似為閉環,那麼100年額外誤差43角秒的精度又怎麼具有協同意義?
這些因素愛因斯坦是不是都考慮了呢?
結語
力藉助光子走直線,符合所有的物理邏輯與自然事實。若時空彎曲,就必然違背最小作用量原理,必然違背有效信息原理。若承認廣義相對論,就等於消滅各種力。
Stop here。物理新視野與您共商物理前沿與中英雙語有關的疑難問題。
物理新視野
其實這是一個成本問題。
發明和發現
首先,我們要搞清楚一個點,科學家到底是“發明”和“發現”了物理定律。實際上,我認為是發明了。因為現代科學的工作方法的第一步其實是給研究對象下定義。所以,其實這些理論的名稱,大多都是這位科學家或者後世科學家為了紀念某位開創者而定義出來的。就好像,引力可以叫做引力,也可以叫做時空的彎曲。他們只是對同一個現象,發明了不同的物理理論來適配而已。所以,至少目前不存在絕對客觀的理論,就連愛因斯坦的相對論,可能在未來也會被更大的理論納入其中一樣。
科學家是一群激進的保守主義者
那科學家到底在比的是什麼?其實是誰的理論更匹配,也就是誤差更小。牛頓的理論其實對宏觀世界匹配的非常好了,完全夠用了,所以其實科學家是不會願意輕易去更替這套理論,試想一下,那可是全世界的物理學家都要換,而且正在學物理,以及已經出了的教材都要做出修正。所以,只要沒有被證偽,沒有誤差大到不可接受,科學家是不輕易更換理論的。所以只有當牛頓的理論到了引力大,速度快,尺度大的世界,開始出現誤差大到不可接受時,科學家才願意換上相對論。同理,在量子力學方面也是這樣。
所以,他們其實是一群激進的保守主義者。
使用成本
就如果上一段說到的,其實牛頓的理論已經在宏觀低速很好用了,我們在地球上,甚至航天技術,牛頓的理論真的夠用了,而且誤差很小,所以科學家是還會繼續使用的。而且牛頓理論很簡潔,而且用起來也很方便,很容易。而如果全都換成相對論,不僅計算超級繁瑣不說,會耗費大量的時間成本,最後能提高的精度微乎其微,簡直得不償失。還不如直接用牛頓來的實在。在航天領域,其實目前很多任務,用牛頓理論誤差都在1秒以內。也就是說,用了愛因斯坦的理論,不僅計算量達到令人髮指,而且能提高的也不過是零點秒的精度而已。所以,根本沒有必要。
鍾銘聊科學
物理學也像漢語一樣,講究傳承。引力是來自於牛頓的萬有引力,人們也一直用引力來描述兩個物體之間的吸引力。很多物理公式,很多概念,都是基於引力而來的。可以說,引力已經深深刻在了人們的腦海中。即便愛因斯坦廣義相對論認為引力僅僅是時空彎曲的幾何效應,但人們仍然習慣於把這種幾何效應稱之為引力。
而且,在愛因斯坦發表廣義相對論的時候,人們多少還是覺得愛因斯坦的理論並不一定正確。畢竟牛頓的萬有引力已經得到了數不盡的驗證,而愛因斯坦的廣義相對論不僅很難驗證,理論本身還有點讓人難以理解。當時人們已經習慣於牛頓經典力學的平直空間,完全無法想象時空竟然可以完全,引力竟然不是力,而是時空完全的幾何效應。所以,即便愛因斯坦發表了廣義相對論,人們還是覺得使用引力來描述這種作用力比較好。
後來廣義相對論預言的時空彎曲雖然被證實,但奈何人們已經習慣了引力的叫法。如果把引力改為時空扭曲,那麼對於一些引力較小、適合牛頓萬有引力的場景,就有點不合時宜了。所以,還是叫做引力比較恰當,比較我們平常根本不有考慮相對論,直接用牛頓的萬有引力就夠了。
再者,引力僅僅被定義為時空扭曲的效應,所以從定義就可以看出,引力並不等於時空彎曲。時空彎曲導致的引力現象,而非引力就是時空彎曲。就像電壓會導致電流產生,但我們卻不能說電壓和電流一樣。
科學探秘頻道
愛因斯坦的空間彎曲理論只是解釋了萬有引力的本質,並沒有否定和取代萬有引力,何來徹底取代?
萬有引力是牛頓發現的,是我們宇宙存在的物質本質屬性。只要有質量的存在,就有引力存在,其大小與相互作用的物質質量成正比,與距離平方成反比,由此得到的引力常量至今還是物理學中一個重要參數值,怎麼能夠否定呢?
愛因斯坦的發現只是突破了古典物理學中的一些限制,適合研究高速慣性系的一些現象,並與之相吻合。這在人類進入了航天高速時代尤為重要。
這個時候如果我們還拘泥於牛頓的古典力學,得到的計算結果就會謬之千里,發往火星的探測器就會不知去向。
牛頓時代沒有這些玩意,所以發現不了這些理論中的問題,但也有一些難以精確描述的難題,比如水星進動的問題,最終還是愛因斯坦時空彎曲理論完美的解決了這個懸念。
時空彎曲理論解釋了引力存在的原因,同時也預測了宇宙中可能由於引力發生的一些狀態,比如光線的彎曲、引力透鏡、黑洞、引力波等等,這些廣義相對論預言已經都得到了觀測和發現的證實。
如果沒有這個時空彎曲理論,牛頓的古典力學理論,包括萬有引力理論是解釋不了這些現象的。
但引力是一種客觀存在,是這個宇宙目前發現的四種基本相互作用力之一,這個鐵板上釘釘的事實怎麼能夠抹殺呢?
引力和電磁力是兩種宏觀力,這在經典物理學中就能夠確認,但強力和弱力卻是屬於微觀之力,是量子力學的範疇。這四種基本力所適用的空間、範圍和對象都不一樣,都不能相互取代。
問題說明中的一大堆說法可以說是不知所云,沒有一點可以否定引力存在的理由或者證據。
四種基本力的發現是經過無數科學家們幾百年孜孜不倦的探索才確定的,是這個世界本質屬性的存在。隨意就想把其中一種力否定,實在是無知和愚蠢的妄想,是一種典型的民科思維。
現在科學家們正在設法把歸屬於經典物理學和量子力學的四大基本力統一起來,建立一個大統一理論。
這個理論絲毫沒有否定某種基本力存在的意思,而是通過研究四種基本力裡面更深層次的本質,找到它們之間聯繫和統一的規律,形成一個統一框架,說明四種相互作用力的理論或者模型,使人類對這個世界的認識實現新的跨越。
現在的研究已經把強、弱和電磁力等三種基本作用力統一起來了,只有引力還沒有統一起來,距離大統一隻有一步之遙。但正是登上頂峰的這一步,很難很難。
我們只能耐心地期待。