其實(shí)我們在討論一個(gè)問題時(shí),我們首先要對(duì)這個(gè)對(duì)象進(jìn)行一個(gè)準(zhǔn)確的定義。如果我們要搞清楚萬有引力的速度是多少?實(shí)際上就得先搞清楚萬有引力到底是什么? 我們可以先給出一個(gè)結(jié)論,事實(shí)上并不存在所謂的“萬有引力”,萬有引力是一個(gè)理論,用來描述“物體之間彼此吸引”的現(xiàn)象。 傳說,牛頓在蘋果樹下思考問題時(shí),被一個(gè)蘋果砸中了腦袋,于是他就把蘋果下落和月球繞著地球轉(zhuǎn)聯(lián)系了起來,繼而想到了萬有引力定律。當(dāng)然,這是后來人的有意為之編造的故事,并不是一個(gè)真實(shí)的事情。而用牛頓自己的話說,他在1665年左右,因?yàn)楫?dāng)時(shí)倫敦瘟疫,到鄉(xiāng)下躲避瘟疫時(shí),就在思考這個(gè)問題。幾乎在同一時(shí)期,胡克、哈雷等人也在思考相同的問題。 因此,面對(duì)這個(gè)問題,牛頓拿出來的方案就是大名鼎鼎的萬有引力定律,認(rèn)為兩個(gè)物體之間存在著彼此吸引的力。如果歷史讓胡克等人想到,可能想到取得名字未必會(huì)是這個(gè)。比如:愛因斯坦認(rèn)為根本不存在萬有引力定律,出現(xiàn)這樣的情況是因?yàn)闀r(shí)空的彎曲,這我們下文還會(huì)詳細(xì)說到。 萬有引力定律 牛頓建立起來的這套理論告訴我們,萬有引力和物體的質(zhì)量成正比,與物體之間間距的平方成反比, 并且他給出了萬有引力定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。 不僅如此,他還從當(dāng)時(shí)的格林威治天文臺(tái)臺(tái)長那里得到了極其精準(zhǔn)的天文觀測數(shù)據(jù),并且利用這個(gè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了自己的萬有引力定律是正確的,并將這些數(shù)據(jù)作為俘虜放到了第二版的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》當(dāng)中。萬有引力定律也使得牛頓成為了學(xué)術(shù)界首屈一指的學(xué)者。 可是他就遇到了一個(gè)問題,那就是萬有引力的速度到底是多少? 牛頓認(rèn)為萬有引力是一種超距作用,意思就是說萬有引力定律可以瞬間傳遞。也就不存在什么速度大小的限制。舉個(gè)例子,如果太陽突然消失了,由于地球繞著太陽轉(zhuǎn)是因?yàn)槿f有引力,所以太陽一消失,地球就會(huì)立馬感知到,然后就會(huì)沿著軌道的切線方向飛出去。 當(dāng)時(shí),這個(gè)觀念實(shí)際上并沒有得到實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證,只是牛頓的一個(gè)觀點(diǎn)罷了,實(shí)際上以當(dāng)時(shí)的技術(shù)也很難驗(yàn)證。 廣義相對(duì)論 牛頓的這套理論實(shí)際上是建立在一個(gè)假設(shè)之上的,這個(gè)假設(shè)就是時(shí)間和空間是平直的,并沒有任何的關(guān)系。而到了上世紀(jì)初,愛因斯坦提出了著名的相對(duì)論。他基于光速不變原理和相對(duì)性原理,推導(dǎo)出了狹義相對(duì)論。在狹義相對(duì)論中,愛因斯坦統(tǒng)一了時(shí)間和空間,他認(rèn)為這兩者應(yīng)該是相互聯(lián)系的,而不應(yīng)該單獨(dú)對(duì)待,應(yīng)該被合稱為時(shí)空,而我們就生活在四維時(shí)空當(dāng)中,三維的空間和一維的時(shí)間。 而后來,愛因斯坦對(duì)狹義相對(duì)論進(jìn)行更進(jìn)一步的推廣,得到了廣義相對(duì)論。而在廣義相對(duì)論當(dāng)中,愛因斯坦提出萬有引力的本質(zhì)實(shí)際上是時(shí)空的彎曲。 那具體是咋回事呢?我們都知道,月球是繞著地球轉(zhuǎn)。牛頓認(rèn)為這是存在著萬有引力牽引著。而愛因斯坦認(rèn)為根本不存在萬有引力。實(shí)際上是地球壓彎了周圍的時(shí)空,月球是沿著時(shí)空的測地線在運(yùn)動(dòng),這里的測地線類似于二維平面中的“直線”。 著名的物理學(xué)家惠勒就曾經(jīng)高度概括了愛因斯坦的廣義相對(duì)論的這一描述,他是這么說:物質(zhì)告訴時(shí)空如何彎曲,時(shí)空告訴物質(zhì)如何運(yùn)動(dòng)。 那么在廣義相對(duì)論當(dāng)中,萬有引力的傳遞速度是多少呢? 答案也很明確,就是光在真空中的傳播速度,也就是3*10^8m/s。為什么這么說呢? 這是因?yàn)楣馑偈菚r(shí)空的特殊屬性,是信息傳遞的極限速度。換句話說,如果太陽突然消失了,地球飛出去至少需要8分20秒之后。 總結(jié) 從上面的講述,我們知道,無論是萬有引力還是廣義相對(duì)論本質(zhì)都是在解釋“物體之間彼此吸引'的現(xiàn)象。其中,在萬有引力定律中,引力是超距作用,瞬間完成傳遞。而在廣義相對(duì)論中,不存在所謂的”引力“,而“物體之間彼此吸引'的現(xiàn)象是由時(shí)空的彎曲造成的,而傳播的速度就是光速。 按照目前的情況來看,廣義相對(duì)論更具有普適性,是解釋這一現(xiàn)象的主流科學(xué)理論。因此,從目前來看,“引力”的傳播速度是光速。 |
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