01.08 重力“並不存在”

“重力”是一個了不起的詞。它從拉丁文gravis而來,意思是重。作為重力這個概念的推廣,牛頓的萬有引力定律直到20世紀初仍被整個科學家奉若神明——人人都知道蘋果樹下發現萬有引力的故事。即便今日,普通人也不會懷疑重力,因為我們每個人都能感受到地球的重力,同時不懷疑萬有引力,因為地球圍著太陽轉,月亮圍著地球轉是老少皆知的事實。

重力“並不存在”

太陽系

但是狹義相對論發表以來,萬有引力定律出現了一個無法解釋的問題。牛頓認為萬有引力的作用是不需要任何時間的,它傳播的比光速還要快。於是,如果萬有引力定律正確,相對論就錯了;反之,萬有引力就大錯特錯了。這看起來完全不可思議。

萬有引力還有兩點不易解釋的方面。一是連牛頓本人也表示“十分荒唐”的引力傳播,他認為引力可以在真空中傳播不可理解。另一個就是現在大家十分熟悉的重力加速度。伽利略通過實驗,證明了所有東西,無論輕重都以同樣的速度下落,它們從高處落下是,將同時到達地面。這是事實,沒有人懷疑,問題是為什麼會這樣?為什麼重力不能讓鉛球比網球下降的更快呢?

重力“並不存在”

伽利略解釋不了,牛頓也解釋不了。直到愛因斯坦1908年產生那著名的“一生中最愉快的感悟”。他意識到,引力其實並不存在,存在的只有自由落體,引力本質上是空間的彎曲。他在1915年給出了引力的定義“空間告訴其中的物質如何運動,而物質告訴空間如何彎曲”。牛頓的引力只是一種近似,愛因斯坦的更確切的解釋是,一個自由的粒子其實一直在做勻速直線運動,只是它從一個局部慣性系到了另一個局部慣性系,才使它看起來像是受了力一樣。月球就可以看做一個自由落體,它的下落過程就是繞著地球、沿著彎曲的軌道下落。

重力“並不存在”

許多科學家仍在沿用牛頓的方程來解釋引力的問題,這是因為在地球附近的小範圍內,這些方程還是適用的,但是在更大尺度的範圍和很高的速度下,牛頓的理論就會給出完全錯誤的結果了,而現代實驗則一再驗證了廣義相對論的正確和廣泛適用性。


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