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导读：牛顿没有错，爱因斯坦也没有错，错的是我们，我们理解错了。本文全文5400字，阅读得半小时，因为得细品，才能懂。如果你看不懂，发给你正上高中，大学，研究生的儿子女儿，让他们读读。对他们的研究是一个启发。 从引力常数来谈谈广义相对论 ——灵遁者 我觉得我有责任和必要，从另一个角度谈谈引力，就是可以从引力常数角度来谈谈广义相对论。施一公教授说过这样的话：“科学上没有所谓的真理。在课堂上学到的所有定理、公理，都是前人对自然现象的归纳总结，是现状下最好的归纳总结。科学研究中没有绝对的真理，只有不断改进的人类对自然的认识。”
柏拉图的洞穴隐喻，大家都知道吧，其实就是在反映施一公所说的话。洞穴里面的人，从未看到过外面，所以自然以为墙上的影子是真实的，是事实，是真理。可是当他们有一天走出洞穴之后，就会完全否定之前所有的认识。 我们每个人周遭的环境何尝不是洞穴呢？每个人成长的环境,受到的教育以及自己的行为习惯等，都异于常人，会形成一套固有的思维模式，思维主观和狭隘再所难免。我们在思考问题的时候，总是以人自身的角度去思考，去判断，自然就无法看到真实而广阔的世界。所以我在哲学书籍《重构世界》中反复强调，人是一种属性，人是一种局限，跨越属性的认识很难得到。
如果我们要去寻求世界的真理，首先要破除固有思维的枷锁，以第三者的角度来审视这个世界，这样才能看得更全，更深刻。 牛顿相对于他同时代的人，就是第一个走出“洞穴”的人，他看到了什么是世界的真理。他明白了万物为什么会相互吸引，就是因为万有引力定理。同样，爱因斯坦也走出了“洞穴”，看到了更大的天地，得到了与牛顿不一样的认识。所以牛顿的理论是真理，爱因斯坦的理论也是真理，从牛顿到爱因斯坦我们看到了，真理在随着认识在变化，在深化。 广义相对论是爱因斯坦在20世纪初期提出的一种物理学理论，旨在解释引力、惯性和空间几何形态之间的关系。该理论最初的建立目的是为了解决牛顿引力理论无法解释的问题，例如水星进动现象和光线偏转等现象。
广义相对论的建立过程大致可以分为以下几个步骤： 爱因斯坦开始思考关于引力和惯性的本质问题，尝试将牛顿引力理论和狭义相对论进行统一，并推测重力场可能是时空曲率造成的。但至今，人们并未搞清楚是什么使得物体具有惯性。人们似乎搞清楚了引力产生的原因了。 爱因斯坦提出等效原理，即所有引力现象都可以被视为时空曲率效应，这种效应对于运动和观测者的状态并无差别。
爱因斯坦在此基础上提出了广义相对论的理论框架：他认为物质或能量会使得时空弯曲，而这些物质的运动就是受到这种弯曲的影响，这种影响就表现为引力作用。通俗的说，就是物质告诉时空如何弯曲，时空告诉物质如何运动。 爱因斯坦利用场方程组和守恒定律等物理学原理，推导出了广义相对论的核心公式——爱因斯坦场方程，并进一步研究了在强引力、高速运动和暗物质等多种极端物理情境下广义相对论的运作方式。 总之，广义相对论是基于一系列新的物理假设和数学方法，旨在解释引力、惯性和空间几何形态之间的关系。在推导过程中，爱因斯坦深入探索了时空结构、物质和能量、引力场和宇宙学等问题，并提出了一些新的物理概念和理论框架，为解决多个自然科学领域中的问题提供了新的思路和方法。  灵遁者科普四部曲 各位，看完介绍之后，你是不是有耳目一新的感觉？新的物理概念，新的理论框架，让我们看到了新的认识，这就是脱离“原洞穴”的表现。那么很自然的，我们要问如何脱离“爱因斯坦的洞穴”，产生更加深刻，更加广阔的认识呢。 就目前而言，在人类还没有走出银河系的情况下，好像是相当难。就爱因斯坦建立广义相对论，也是花费了10年时间，并且是在很多人的帮助下才建立起来的。 广义相对论的方程式如下图所示：
要得到这个场方程的解很难。我们普通人就一看这个方程，就有点云里雾里的感觉对吧。很正常，专业人士看了和你我的感觉也一样。我今天要说的，自然不是分析这个方程，之前分析过左边是什么，右边是什么，大家可以在《变化》和《见微知著》中看到。 今天的主题是从引力常数，来谈谈广义相对论。广义相对论中出现3个常数，高中生都能看出来，分别是光速C，π，以及引力常数G。光这三个常数，汇集到一个方程里，你就要警惕，你要明白，这是个“大事情”，内容一定很深奥。
我这样说，你可能提不起重视来，我给你简单分析一下。我喜欢提问，然后自问自答。书中也是，我经常问你们，就是希望带着思维阅读，而不是看小说似的阅读。 我问你，光的本质是什么？99%的人会回答光的本质是电磁波。没错，这个回答正确，但今天正确，明天就不一定正确了。我再问你，光速的本质是什么？你也许会疑惑光的本质难道不是光速的本质吗？光是什么和光速是什么不一样吗？一样，也不一样，看问题的角度不同。比如我们说光的本质是电磁波，当问光速的本质的时候，是在问电磁波速度的本质是什么？为什么是299792458米/S？这个问题我专门写过一个文章标题是《光速与真空磁导率以及介电常数的关系》。光速等于根号下1除以真空磁导率与介电常数的积。数学表达如下图：
而真空磁导率和真空介电常数也是常数。真空磁导率的常数值为：μ0=4π×10-7牛顿/安培2。真空介电常数的值为：ε0=8. 854187817×10F/ m（近似值）。感兴趣的读者可以代入这两个值，去计算，就能得到真空光速值。所以常数C，它又暗含两个常数。所以也可以说，广义相对论场方程中有至少4个常数。 而光速在真空中是一个定值，真空磁导率和真空介电常数也是定值。它们都具有一定的“恒定性”，这是光速不变原理的一个原因。而真空磁导率和真空介电常数是与时空背景有关的，所以综合去考量，可以大胆得出光速为什么是光速，光速为什么不能超越。
原因就是光速是时空使然，光速恒定有时空背景限制。而光速不能超越，可以认为光速是一种时空束缚态。物体的能量不可能撼动整个时空，所以物体的速度就不能超越光速。 所以我在《变化》第四十四章中关于光的本质的时候写道：光速【真空】是一种时空束缚态，光速为定值是时空使然。也就是时空告诉物质如何运动，这种运动就包含了以多大速度运动。光是物质，自然就遵从时空规律。 再来说说π，这个大家太熟悉了。因为小学开始就在用它做各种计算了。可是当我们问π的本质是什么？似乎不好回答。简单说它是圆周长与直径的比值吗？好像这样远远不够。π是一个无理数，也是一个超越数，这意味着它不是任何有限小数或分数的精确值，且不能由任何非平凡多项式的系数表示。
在现代数学中，π是一个隐含在许多不同公式和关系中的数学常数。π出现在三角函数、指数和对数函数的定义和公式中，以及椭圆和积分等术语中。令人惊奇的是，π似乎可以出现在所有领域的数学中，而不仅仅是几何学。这导致了一些数学家声称π是“数学中的明星”，因为与它有关的公式体系涵盖了数学的各个方面。 Π是数学的，但又不只是数学的。它自然地浮现在我们生活中的物理现象中。例如，计算圆的周长和面积，对于电磁场方程，到微观尺度下不同的速度和能量密度都涉及到π。π还与概率和统计措施相关。例如，黎曼假设的证明依赖于质数分布的渐进估计，而这又要使用圆周率。提到黎曼，你一定要想到黎曼空间，这是爱因斯坦广义相对论能建立的根本性数学工具。
在历史上，π的计算一直是人类努力的目标。从古希腊的阿基米德制定近似值，到18世纪欧拉发现它的无限级数，再到20世纪计算机能力的提高，人们一直在寻找更准确的π的值。目前已经计算了数万亿位的π的小数点，但我们仍然没有发现任何模式或规律。 因此，在我看来，π的本质不是普通的常数，而是一种自然现象，它流淌在数学和物理中的方方面面。π是一个有趣的、深刻的、神秘的数学概念，代表着人类超越自己的奇妙努力、数学上的独立性以及自然现象的美妙和神秘。另一个星球的人，也肯定在用π，但他们会不会单纯的说π是周长和直径的比值，会怎么看待π，我们就不知道了。 正如我们对于光速的认识一样，如果我们不知道光速是怎么来的，就只能测量，然后说光速天生就是那样。就像我们现在解释惯性，就认为惯性是物质的属性，天生如此，无需解释。这恰恰说明，我们理解的不深刻，我们还在“洞穴中”。  灵遁者自画像 我分析到这里，你应该意识到了，广义相对论方程是很复杂的，内容极大。但我们的分析，才进入正题，就是从引力常数角度，去认识广义相对论。 先说引力常数（G），它是描述任意两个物体之间万有引力作用强度的基本物理常数。引力常数可以帮助我们量化、计算物体间的引力大小，从而深入研究万有引力的物理本质。 根据爱因斯坦的广义相对论，引力不再被看作是受到其他物质体的吸引，而是由时空弯曲所导致的运动惯性。具体来说，重力场是物质在弯曲时空中的表现，我们可以通过测量质点之间的引力作用强度和距离，来推导出物质之间产生重力场时所引起的时空弯曲程度。 尽管引力常数在物理学中扮演着重要的角色，但它的确切值并不容易测量，因为相对于其他基本常数，例如光速等，它的数值非常微小。此外，引力常数的精确值还受到很多复杂因素的影响，例如实验环境的温度、湿度、地震等因素，这增加了实验的难度和复杂性。
引力常数的本质实际上是关于我们宇宙性质的一种本质属性。我们知道引力常数在许多领域起着至关重要的作用。它出现在牛顿的万有引力定律中，该定律描述了任何两个物体之间的引力相互作用。这个定律成为了物理学的基石，不仅可以预测天体物理学的运动，也可以被用于卫星轨道设计、工程设计等领域。 如果你细心，就能看到上下文之间显示出来的矛盾。在爱因斯坦这边，引力是时空弯曲的效应，是一种纯数学的表达。即引力不存在，它只是时空弯曲的附属表现。我之前表达过，如果引力不是力，那么标准模型，就应该把引力从四种基本相互作用中踢出去。因为引力不再是一种相互作用力了。我这样说，大家认为对吗？而事实是什么？标准模型依然认为引力是一种相互作用。 大家不觉得奇怪吗？我们即承认广义相对论是正确的，又承认引力是一种相互作用力。而其实如果承认引力是一种基本相互作用，就不能认为广义相对论是正确的。
那么到底谁是对的，谁是错的？就像上面文章中提示的那样，我们用广义相对论解释很多现象，比如水星进动现象。又用牛顿引力计算卫星轨道，工程设计。爱因斯坦曾对自己的理论自信道：“理论如此完美，不可能是错的。”同样这句话对牛顿也适合，引力定律理论如此完美，不可能是错的。那这问题怎么解释？ 我的解释依然是，广义相对论没有错，但不应该把广义相对论视为引力理论。广义相对论场方程，不应该叫引力场方程，应该叫宇宙场方程。这是一个描述场的方程，而这个场适用于整个宇宙。 你要牢记，时间，物质，空间是一体的，其实是不可分割的。而你再看广义相对论场方程，时间，物质，空间三个要素，是不是都具备。 如此，引力常数才不是虚的，是实实在在的，是有根基的。如果引力不存在，而引力常数却存在，这不也是矛盾吗？牛顿可以反问，如果引力不存在，你公式中的引力常数是什么？就像光速，它是有实实在在的理论基础的，是有推理和依据的。引力常数也是这样的，它不是凭空产生的。而且目前而言，引力常数在宇宙任何一个地方的值是相同的。不是说，你这边空间弯曲大，或者说质量大，我这个常数值就会变。它是有一定的恒定性，它代表了宇宙的某种深刻性质。 牛顿的引力是没有场的，或者说是静态的场；而爱因斯坦的场是广域的，是运动的。可是为什么，爱因斯坦场方程显示出“引力”能力，就是因为物质，时间，空间是一体的。牛顿那里只是物质，而爱因斯坦的物质动起来了，物质，时间，空间是一体的。所以爱因斯坦的场方程，好像也能解释引力。因为它们是分不开的，物质质量关系引力，物质运动也关系引力，空间也是，引力是万有的。 所以从引力常数可以看出，引力也是场的相互作用，这个场可以说是引力场，而引力场是全域场，所以某种意义上可以说是宇宙场，所以广义相对论是宇宙场方程。当然宇宙中还有很多其他场，比如电磁场，希格斯场等。
这回大家明白了吗？不是爱因斯坦错了，也不是牛顿错了，观察和解释的角度和广度不一样而已。所以引力不是时空弯曲的效应，它是实实在在的相互作用。这样的话，牛顿和爱因斯坦之间没有矛盾，爱因斯坦只是升级了牛顿静态时空概念，把人类拉向了更高的维度，即四维时空！ 时间如物质一样是实实在在的存在，引力也能影响时间。我住一楼，你住100楼，我们的时间因为引力而不同，这是实实在在的，可以测量到的，不是数学游戏。 文章开始我写道人类似乎搞清楚了引力，这个“似乎”应该用双引号圈起来，是重点，似乎就是不确定，就是还需要探究，引力究竟是怎么回事。我们现在发现了引力波，假如有一天发现了引力子，那么你还会坚持站队爱因斯坦，说引力是时空效应吗？ 标准物理，其实是认可引力场是存在的，因为相信它存在，比不相信它存在，能更加切合宇宙的情况。我们问，爱因斯坦的宇宙场方程，就是最高认知吗？确实，寻常人去理解广义相对论都很难，广义相对论能建立起来，属实是奇迹。 但能不能被超越，很明显，极有可能。我们现在根据万有引力，说一定有暗物质和暗能量，不然宇宙不会维持现在这个状态。这难道不会是一种错误的假设吗？宇宙以现在这样的方式运行，非得是有暗物质和暗能量吗？假如是有更高的一个维度在推动，这是不是一个解释？而这个维度得我们走出“爱因斯坦洞穴”之后，才能被发现，才能被认识。而且我们只能靠想象去认识，想要去理解，几乎不可能，因为跨越属性的认识非常难。就好像蚂蚁再进化1万年，也看不懂微积分是一个道理。 朋友们，我要表达的，就是这个道理。其实也不是为了说爱因斯坦错了，或者牛顿错了，只是启发大家，从更高维度，借用想象的无限可能力，去发掘这个世界的秘密。
摘自独立学者，作家，艺术家灵遁者量子力学书籍《见微知著》。 |
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