愛因斯坦:萬有引力其實是不存在的,該如何理解這句話?

牛頓萬有引力定律早就告訴我們,萬物之間都存在引力,用公式表達就是:F=GMm/r²。

也就是說,引力的大小與兩個物體的質量成正比,與物體的距離(質心之間的距離)成反比。

就是這麼一個簡單的公式,指導了人類「上天入地」,其中三個宇宙速度,就是根據這個公式計算出來的。

幾百年過去了,牛頓的萬有引力公式仍舊統治著人類航天事業,各種衛星火星的上天的背后都依托萬有引力定律。

牛頓萬有引力定律固然偉大,但仍有一個重大問題:引力到底是什麼,是如何產生的?

也就是說,產生引力的根源到底是什麼?牛頓并沒有給出答案。這個更深層的問題留給了同樣偉大的物理學家:愛因斯坦。

愛因斯坦提出了著名的廣義相對論,該理論表明,時空彎曲才是引力的根源,引力其實只是時空彎曲的外在表象罷了。而任何有質量的物體都可以對周圍時空造成影響。

有質量的物體會對時空壓縮彎曲,形成時空陷阱。當有物體經過這個「時空陷阱」時,就會「掉進陷阱」,體現出來的就是萬有引力。

不過,只有大質量天體才能對時空有明顯的影響,平時我們根本感覺不到這種影響。比如說我們的太陽這種大質量天體,科學家們已經觀測到光線經過太陽時會發生彎曲,其實就是光線沿著被太陽彎曲的時空結構在做「測地線運動」。

這里有必要強調一點,網絡上對「時空彎曲」的描述其實是不嚴謹的,很多示意圖只是為了方便大家理解,用類似「彈簧床」的模式來詮釋。其實更嚴謹的時空彎曲應該是這樣的:

一開始人們并不認可愛因斯坦的廣義相對論,這很正常,任何新理論的誕生都必須經受住考驗才行,尤其是廣義相對論這樣具有顛覆性的理論。

不過在隨后的一百多年時間里,廣義相對論經受住了各種考驗,同時做出了很多準確的預測,比如說黑洞,引力波,引力透鏡,還有引力引起的時間膨脹效應等。

那麼廣義相對論對引力的詮釋(時空彎曲)與牛頓的萬有引力之間有什麼關系呢?

正如剛才所說,萬有引力是時空彎曲的表象,萬有引力定律是建立在絕對時空觀基礎上的理論,只適用于低速世界。一旦到了高速世界(比如亞光速)就失效了,會出現較大的誤差,這時候就必須用到廣義相對論。

狹義相對論表明,速度越快時間就越慢。除了速度,引力也同樣會影響時間的快慢,引力越大時間流逝速度就越慢。

我們每天都在使用的導航系統,都是充分考慮了速度和引力對時間的影響才有效的,如果不考慮時間和引力對天上衛星的影響,導航系統會徹底崩潰。

狹義相對論時間膨脹公式為:t‘=t/√[1-(v/c)²]

廣義相對論時間膨脹公式為:t‘=tx√(1-2GM/rc²)

天上的衛星,考慮到引力造成的時間膨脹,一天時間要比地球快45微秒。考慮到速度造成的時間膨脹,一天要比地球時間慢7微秒。這樣合并計算,衛星上的一天時間要比地球一天時間快38微秒。

不要小看38微秒的時間很短,但積累起來就會對我們的定位系統有明顯影響,所以必須調整衛星上的時鐘,否則導航會直接把我們導到陰溝里。

所以,可以看出,其實愛因斯坦并沒有否定萬有引力的存在,他只是詮釋了萬有引力的本質!

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