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爱因斯坦认为万有引力是不存在的,该如何理解?

 宇宙时空探索 2025-05-24 发布于辽宁

爱因斯坦认为 “万有引力是不存在的”,这一观点乍听之下令人困惑不已,毕竟在日常生活中,我们时刻都能感受到重力的存在,物体也似乎都遵循着万有引力定律相互吸引。

那么,该如何正确理解爱因斯坦的这一观点呢?

在爱因斯坦之前,牛顿的万有引力定律统治着人们对引力的认知。

牛顿于 17 世纪提出,万有引力定律表述为:F=GMm/r²

这意味着,两个相互作用物体之间的万有引力 ,与引力常量 以及两物体质量 和 的乘积成正比,与它们质心之间距离 的平方成反比。这一定律简洁而有力,能够解释诸多自然现象,比如苹果从树上落下、天体的运动等,并且在许多科学研究和实践中发挥着重要作用。

例如,三个宇宙速度就是依据引力定律推算出来的,正是基于此,人类才得以发射人造天体,挣脱地球引力,迈向浩瀚太空。牛顿的万有引力定律在低速、宏观的世界里取得了巨大的成功,为经典力学奠定了坚实的基础,让人们对宇宙的运行规律有了初步的、较为准确的认识。

然而,随着科学研究的深入,牛顿的万有引力定律逐渐暴露出一些局限性。

爱因斯坦的广义相对论应运而生,它从全新的角度揭示了引力的本质属性。爱因斯坦认为,牛顿万有引力定律虽然揭示了世界上普遍存在的一种力及其规律,但未能解释这种力产生的根源。

而广义相对论指出,质量才是引力的根源,产生引力的原因是质量对周边时空的扭曲。

为了更好地理解这一概念,我们可以想象一个场景:把一块石头丢进平静的水中,或者一条鱼在水中游动,它们都会对水产生涟漪或漩涡,进而影响周边的物质。

与之类似,任何物体,无论大小,都会对其所处的时空产生扰动。

这种扰动所呈现出的现象就是时空旋涡或者时空陷阱,处于这个范围内的物体的运动都会受到影响,表现为相互掉进对方的陷阱,而我们所观察到的物体相互吸引的现象,就是引力。

小质量物体产生的引力十分微弱,通常难以察觉和测量,而大质量天体的引力则显著得多。质量越大的天体,其引发的时空旋涡就越大且越猛烈,当小物体经过时,就容易被卷入这个旋涡,看起来就像是被大天体吸引过去了。

甚至,大质量天体的引力漩涡导致的时空弯曲,还能够影响通过的光线。爱因斯坦曾预言,远方恒星的光线经过太阳附近时会发生弯曲。这一预言在广义相对论发表后不久便得到了科学界的证实。

1919 年,为了证实时空弯曲理论,英国皇家科学院派出了以著名天文学家爱丁顿为首的两支远征队,分别前往西非普林西比和亚马逊森林这两个日全食的最佳观测地点。

爱因斯坦预言,星光经过太阳边缘时,会产生 角秒的偏差。然而,由于太阳光线过于强烈,在平时根本无法验证这一微小的偏差。

只有在日全食发生时,才有可能观测到这种现象,这便是爱丁顿带领远征队前往最佳观测点的原因。最终,他们在日全食的最佳时刻,成功观测并证实了爱因斯坦的预言。

当爱丁顿通过电报将这个消息告知爱因斯坦时,爱因斯坦诙谐地回应:“我一点也不惊讶,因为如果测到的不是这样,对上帝来说就太遗憾了。”

这一事件不仅彰显了爱因斯坦对自己研究成果的高度自信,也使得广义相对论迅速传遍世界,成为现代物理学最基础、最前沿的理论之一。

广义相对论的场论推演产生了许多令人惊叹的预言,如黑洞、引力波、时间膨胀、引力透镜等等。随着科学技术的不断发展,这些预言逐一得到证实,并且在航天探测和日常生活等诸多领域得到了广泛应用,极大地推动了人类科技文明的进步。

以时间膨胀效应为例,根据广义相对论,引力会导致时空弯曲,而空间的变形会引发时间的变化,这意味着时空在不同的坐标系中是相对的,而非绝对的。

爱因斯坦早在狭义相对论中就阐述了高速系中的时间膨胀效应,即速度越快,时间流逝越慢;在重力系统中,重力越大,时间流逝同样越慢。

这两种时间膨胀效应在实际观测和运动中都必须予以考量,否则将无法获得精准的结果。

例如,现代发射卫星、探测器以及进行宇宙航行时,都需要进行时空的相对论修正。

以 GPS 导航系统为例,由于导航卫星在距地表 万多公里的高空,以时速 万公里的速度运行,其所处的重力环境比地球表面小,因此卫星时间每天比地表流逝要快45微秒;同时,由于高速运行,时间每天又会流逝慢7微秒。综合来看,卫星时间每天要比地表快38微秒。

虽然这一微小的时间差异在日常生活中几乎可以忽略不计,但对于要求极高精度的导航系统而言,如果不依据相对论进行调整,每天将会积累约 公里的定位误差,从而使导航系统完全失去作用。

因此,必须对卫星上的原子钟进行震动频率的调整,以确保天地时间的精准一致,实现精准定位和导航。

实际上,爱因斯坦并非认为万有引力真的不存在,而是对万有引力的本质进行了更为深入的探究和更精准的解释。

牛顿的万有引力定律在低速、宏观的情况下仍然是有效的,它为我们理解物体的运动和相互作用提供了重要的基础。而爱因斯坦的广义相对论在更广阔的领域,尤其是高速、强引力等极端条件下,展现出了更强的解释力和预测能力。

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