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你真的懂引力吗?未必!说到引力,你想到的是牛顿还是爱因斯坦?

 12345csdms 2022-07-17 发布于湖南

或许此刻的你正陪着放暑假的儿子坐在沙发上看电视,电视机屏幕上正播放着宇宙飞船里的宇航员漂浮着的画面,旁白正在解释道:“宇航员之所以会漂浮着,是因为失重,而失重是因为他们脱离了地球的引力......”,这时的你,听到这些会怎么想?你是否能意识到旁白者的解释是完全弄错了?你准备让你的儿子接受这些完全错误的观点吗?

当然,你或许并没有意识到旁白者的解释有什么问题,因为你并不真的懂引力!说到引力,你肯定想到的是牛顿以及他被苹果砸了一下的故事。没错,即使在现在,许多科学家仍在沿用牛顿的引力方程来解释引力问题,这是因为在地球附近的小范围内,牛顿的引力方程都还是适用的。但你不知道的是,其实那些科学家们完全知道,在更大的尺度范围内和很高的速度下,牛顿的引力理论就会给出错误的结果了。

现在,让我们回到开始的话题,为什么说电视旁白者的解释是完全错误的。用自己的头脑思考一下,如果这艘宇宙飞船的飞行轨道处在地球和月球之间,那么飞船就完全处在地球的引力范围之内,因为毕竟连更远距离上的月球都没能逃脱地球的引力。或许你会说,那是因为引力变弱了。好吧,现在,你完全可以通过地球球心到飞船的距离来计算出飞船所受到的地球的引力是多大。地心在地表以下6400千米处,而飞船离开地面的高度约为325千米,很显然,飞船离地心的距离比你站在地表离地心的距离大不了多少,所以飞船所受的引力根本不会小到哪里去。

那么,宇航员真正漂浮的原因是什么呢?宇航员虽然看起来是漂浮的,实际上却相当于身处在一个自由下落的“盒子”里,但宇航员感觉不到自己在下落,是因为他以及他周围的包括宇宙飞船在内的一切,都在一起下落。此时,如果飞船的推进器开始工作,并使飞船开始向前加速的话,那么里面的宇航员就会感受到自己受到一个向后的、相当于重力的东西了。由此可见,加速产生的效果和引力产生的效果是无法区分的,换句话说,引力和加速是完全等效的!

上面得出的结论和牛顿的引力理论是完全相悖的,这个结论来自爱因斯坦的广义相对论。在爱因斯坦的广义相对论之前的狭义相对论中,爱因斯坦提出了“局部惯性参考系”的概念以及“局部惯性参考系无处不在”的观点,爱因斯坦认为,我们的宇宙空间其实是由无数个很小的局部惯性参考系组成。正是无数局部惯性参考系的整合,爱因斯坦在狭义相对论的基础上又发展出了广义相对论。

也就是说,牛顿的引力理论只是一种近似,在爱因斯坦的广义相对论中更确切的解释是:一个自由粒子其实一直在做直线运动,只是它从一个局部惯性参考系到了另一个局部惯性参考系,才使它看起来像受到了力一样。所以,爱因斯坦否定了牛顿的引力理论,颠覆了传统的科学观。如果加速运动和引力是一回事,那么引力的作用就不能在一个距离上瞬时完成。在这一点上,牛顿显然搞错了!

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