01.08 重力“并不存在”

“重力”是一个了不起的词。它从拉丁文gravis而来,意思是重。作为重力这个概念的推广,牛顿的万有引力定律直到20世纪初仍被整个科学家奉若神明——人人都知道苹果树下发现万有引力的故事。即便今日,普通人也不会怀疑重力,因为我们每个人都能感受到地球的重力,同时不怀疑万有引力,因为地球围着太阳转,月亮围着地球转是老少皆知的事实。

重力“并不存在”

太阳系

但是狭义相对论发表以来,万有引力定律出现了一个无法解释的问题。牛顿认为万有引力的作用是不需要任何时间的,它传播的比光速还要快。于是,如果万有引力定律正确,相对论就错了;反之,万有引力就大错特错了。这看起来完全不可思议。

万有引力还有两点不易解释的方面。一是连牛顿本人也表示“十分荒唐”的引力传播,他认为引力可以在真空中传播不可理解。另一个就是现在大家十分熟悉的重力加速度。伽利略通过实验,证明了所有东西,无论轻重都以同样的速度下落,它们从高处落下是,将同时到达地面。这是事实,没有人怀疑,问题是为什么会这样?为什么重力不能让铅球比网球下降的更快呢?

重力“并不存在”

伽利略解释不了,牛顿也解释不了。直到爱因斯坦1908年产生那著名的“一生中最愉快的感悟”。他意识到,引力其实并不存在,存在的只有自由落体,引力本质上是空间的弯曲。他在1915年给出了引力的定义“空间告诉其中的物质如何运动,而物质告诉空间如何弯曲”。牛顿的引力只是一种近似,爱因斯坦的更确切的解释是,一个自由的粒子其实一直在做匀速直线运动,只是它从一个局部惯性系到了另一个局部惯性系,才使它看起来像是受了力一样。月球就可以看做一个自由落体,它的下落过程就是绕着地球、沿着弯曲的轨道下落。

重力“并不存在”

许多科学家仍在沿用牛顿的方程来解释引力的问题,这是因为在地球附近的小范围内,这些方程还是适用的,但是在更大尺度的范围和很高的速度下,牛顿的理论就会给出完全错误的结果了,而现代实验则一再验证了广义相对论的正确和广泛适用性。


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