自然科普:引力到底是怎樣產生的,是誰弄清了這個根源?
來源:時空通訊
發布時間:2023-02-16
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萬(wan) 有引力是艾薩克·牛頓發現的,他的這個(ge) 理論於(yu) 1687年發表在自己的《自然哲學的數學原理》著作中,萬(wan) 有引力定律表述為(wei) :F=GMm/r^2。

這裏的F就是引力大小,單位為(wei) 牛頓,符號為(wei) N;G為(wei) 引力常量,是在地球上1公斤物體(ti) 質心相隔1米的引力,約為(wei) 6.67×10^-11 N·m^2/kg^2;M和m表示發生引力的兩(liang) 個(ge) 大小物體(ti) 的質量,單位為(wei) 千克,符號為(wei) kg;r為(wei) 發生引力的兩(liang) 個(ge) 物體(ti) 質心之間距離,單位為(wei) 米,符號為(wei) m。

這個(ge) 公式的意思就是說,引力大小與(yu) 物體(ti) 的質量成正比,與(yu) 引力發生的兩(liang) 個(ge) 物體(ti) 之間距離平方成反比。通俗的說就是質量越大,引力就越大;而距離越遠,引力就越小,且呈指數級衰減。

這個(ge) 公式也明確了引力是由質量引起的,就是宇宙萬(wan) 物,隻要有質量,就會(hui) 產(chan) 生引力。但在牛頓力學中,質量隻是物體(ti) 的慣性質量,是與(yu) 時空無關(guan) 的孤立存在,因此雖然發現了質量會(hui) 產(chan) 生引力,但無法解釋為(wei) 什麽(me) 質量會(hui) 產(chan) 生引力。

愛因斯坦解決(jue) 了這個(ge) 問題,他創立的狹義(yi) 相對論解決(jue) 了時間和空間的統一問題,並論證了運動會(hui) 改變時間和空間,讓時間具有膨脹效應,空間具有尺縮效應,顛覆了牛頓的絕對時空觀;而且還論證了質量和能量的等效關(guan) 係,得到了著名的質能方程:E=MC^2。

後來,愛因斯坦又在廣義(yi) 相對論中論證了質量會(hui) 導致時空彎曲,而引力的本質就是時空彎曲導致的現象。這樣,既修正了牛頓絕對時空觀導致的許多力學誤差,又找到了引力發生的根源。

那麽(me) ,為(wei) 什麽(me) 質量會(hui) 導致時空彎曲呢?這是因為(wei) 時空就像一張看不見的大網,當然這張網並不是平麵的而是立體(ti) 的,當具有質量的物體(ti) 進入這個(ge) 大網時,就會(hui) 壓迫這個(ge) 大網發生凹陷,質量和運動能量越大,這個(ge) 凹陷就越大。

有科學家采用一張拉緊的床單來表示時空,在這個(ge) 床單上放上質量大小不同的各種球,人們(men) 就會(hui) 發現質量越大的球會(hui) 在床單上壓下更深的凹陷,而質量小的球靠近這個(ge) 凹陷就會(hui) 掉落下去。雖然床單不能表現出立體(ti) 的時空,但比較形象的說明了質量是引力的來源,而且質量越大引力就越大。

這就是時空彎曲,人們(men) 把被大質量天體(ti) 導致的這種時空彎曲稱為(wei) 時空陷阱或者時空漩渦,小質量天體(ti) 接近這種時空旋渦,進入了大質量天體(ti) 的勢力範圍,就會(hui) 有被吸入漩渦的趨勢,表現出來的現象就是相互吸引的萬(wan) 有引力現象。

就連每秒30萬(wan) 公裏的光,在經過大質量天體(ti) 時,其行走路徑也會(hui) 發生偏轉,這種偏轉正是順著時空漩渦的渦環線經過,如在太陽後麵的恒星光線經過太陽附近時,被太陽引力拉彎,日食時會(hui) 被我們(men) 觀測到。

這正是100年前的1919年,英國天文學家亞(ya) 瑟·愛丁頓率領一支遠征隊,不遠萬(wan) 裏到非洲西海岸追逐日全食,觀測證實了星光經過太陽發生的偏轉,與(yu) 愛因斯坦的時空彎曲理論相符,從(cong) 而向全世界宣布了這個(ge) 偉(wei) 大理論的正確,引起了世界科學界的轟動,並讓人類文明從(cong) 此進入了一個(ge) 新階段。

所以,引力是一種現象,本質是時空彎曲,是質量對時空導致的彎曲形成的一種現象。牛頓與(yu) 愛因斯坦理論的差別是前者發現了這種現象,後者找到了形成這種現象的根源。



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