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解读万有引力的前世今生,来看爱因斯坦如何诠释引力的本质

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引力,让我们可以站在地球上。万物之间都有引力,但就是这个在我们身边无处不在的引力现象,科学家们也是经过很长时间才发现的。

如今我们知道牛顿发现了万有引力,但在牛顿之前,有几位伟大的科学家为牛顿发现万有引力打下了坚实的基础。也难怪牛顿会发出这样的感叹:我站在巨人的肩膀上,所以才会看得更远。

这些巨人都有谁呢?

让我们从哥白尼说起。我们都知道哥白尼提出了日心说,结果被宗教界判定为“大逆不道,违背了上天的旨意”,被活活烧死。

后来布鲁诺继承了个哥白尼的日心说,同时还更进一步,他认为我们的宇宙是无限大的,而太阳只不过是其中非常普通的一颗恒星而已。

布鲁诺的言论里透出出“地球和太阳非常渺小”的思想,让当时的罗马教廷勃然大怒,最后像他前辈哥白尼一样,同样被烧死。

宗教界的残酷并没有阻挡科学的发展。之后的天文学家开普勒继承了前辈们的发现,通过自己的不断研究,提出了著名了开普勒三大定律(这里不再详述),这三大定律成为牛顿提出万有引力定律公式的基础。

还有一个非常重要的人物,他就是伽利略。伽利非常善于观察总结,他发现,一个物体在没有受外力的情况下(或者说合力为零),总是会保持原有的状态不变,总会保持静止或者匀速直线运动。其实这既是惯性定律,只不过当时没有被提出来而已。

在前辈们的各种发现的基础上,牛顿提出了著名了万有引力定律。

牛顿这样思考问题,地球并没有做匀速直线运动,这说明一定有外力作用于地球,到底是什么力呢?

或许真的是受到苹果落地的启发,让牛顿豁然开朗,终于提出了万有引力定律,是太阳给了地球一种力。

太阳和地球之间就好像有一个隐形的绳子一样,太阳拉拽着地球,之所以地球没有坠落到太阳上,是因为地球的速度很快,有一个切线速度,于是围绕太阳运动。

同时,利用开普勒定律,牛顿提出了万有引力公式。

万有引力是伟大的发现,如今万有引力定律依旧统治着人类生活,人类发射的火箭,卫星,空间站等,都是万有引力定律的实际应用。

但牛顿并没有解决一个更深层的问题:引力到底是如何产生的?也就是说,太阳为什么会吸引地球呢?

在人们的日常生活中,我们很容易发现,力的作用必须依靠某些物质,也就是说,力的传播是需要介质的,那么引力传播的介质是什么呢?

当时的科学家们找不到引力的介质,于是提出了一个假想的概念“以太”,以太存在宇宙的每个角落,也是引力的传播介质。

以太的概念确实也推动了科学的发展,但随着科学的不断发展,以太的概念显得有些落伍了,科学家不但找不到任何以太存在的证据,反而会带来更多的麻烦。

秉承“奥卡姆剃刀原理”的“如无必要勿增实体”的思想,爱因斯坦把“以太”咔嚓掉了,提出一种全新观点。

爱因斯坦认为,所谓的引力只是表象而已,引力的本质其实是时空弯曲,也就是说引力其实是不存在的。

大质量天体可以造成周围时空弯曲,而周围的天体(比如说地球)能感知到这种时空弯曲,然后沿着弯曲的时空做测地线运动,体现出来的就是引力。

当然,所谓的时空弯曲并不是像示意图那样的“向下”弯曲,而是朝向物体的质心。示意图是为了更通俗地解释,更方便我们理解,并不严谨,更严谨的应该是以下的弯曲方式:

虽然爱因斯坦的广义相对论诠释了引力的本质,但日常生活中我们并不会把万有引力剔除掉,因为在我们生活的世界里,万有引力定律已经足够精确了,没有必要用更精确但相对复杂的广义相对论,我们生活在一个低速低引力的宏观世界。

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