牛顿|牛顿的万有引力深入人心,可为什么爱因斯坦却说引力并不存在?
地心说
天文学算是人类文明中比较古老的一门学问了 。 四大文明和海洋文明都各自在这个领域取得巨大的成果 。 其中在海洋文明中 , 通过几代哲学家和数学家的努力 , 最终拿到了一套模型 , 这就是大名鼎鼎的地心说模型 。 这个模型是在托勒密时代大功告成的 , 并且被后世所接受 , 在整个西方的学术圈中流传了1400多年 。
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通过地心说模型 , 我们就会发现 , 古人很早就发现了有一部分特殊的天体会动 。 只不过 , 他们没有足够的证据证明地球本身在动 , 因此 , 他们假设地球是不动的 , 以地球为绝对参考系来看其他的天体 , 就会认为其他的天体都在绕着地球运动 。 同时 , 当时的学者其实已经发现天体走的轨迹并不是完全的圆 , 但由于他们对于“天界完美”的信仰 , 还是用各种圆来套 , 这使得地球说成为极其复杂的一套理论 。 至于“天体会绕着地球转” , 当时认为天界都是由“以太”构成的 , 这种物质就会使得天体走出“圆”的轨迹 。
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牛顿的万有引力定律
后来 , 哥白尼首先对地心说提出了质疑 , 并提出了日心说模型 。 伽利略发现并不是所有的天体都绕着地球转 , 并提出地球可以动的理论 。 而几乎在同时 , 开普勒发现了行星绕着太阳的轨迹其实是椭圆 。 开普勒的师傅第谷观测到了超新星和彗星的现象 , 证明了天界并不是完美的 。
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经过这四个人的努力 , 地心说的地位其实摇摇欲坠 , 全靠教会支撑着 。 不过 , 开普勒的发现也遗留了一个很重要的问题 , 那就是为什么行星绕着太阳转的轨迹是椭圆?
后来 , 牛顿在1687年发表了著作《自然哲学的数学原理》 。 在这本著作中 , 牛顿提出了著名的牛顿力学理论和万有引力定律 。
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牛顿认为 , 地球之所以绕着太阳转并且轨迹是椭圆 , 是因为地球受到了太阳的引力作用 。 他还给出了万有引力的关系式 , 引力与物体的质量成正比 , 与两个物体之间的距离的平方成反比 。
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牛顿的这条理论很好解释了前辈们遗留下来的问题 , 并且能够非常准确地描述天体的运动 , 还可以用来预测天体的位置 。 后来 , 有数学家仅仅利用牛顿的理论 , 通过纸和笔就找到了海王星 。 所以 , 牛顿的理论被学术界广泛认可 , 并且他也成了科学史上的地位最崇高的科学家之一 。
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虽然牛顿的理论已经很牛了 , 但是学者们还是发现了一个问题 , 这个问题也被称为水星的近日点进动 。 学者们发现 , 水星的运动轨迹确实是椭圆 , 只不过这个椭圆并不是固定的 , 而是椭圆自身也在动 。 这其实也是牛顿的万有引力定律的瑕疵 , 一直以来学者们都无法解决 。 那这究竟是咋回事呢?到底是哪里出了问题?
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爱因斯坦的广义相对论
解决这个问题的科学家是爱因斯坦 , 他在1915年提出了著名的广义相对论 。 在牛顿的理论当中 , 做了一个基础假设 , 这个假设认为时间和空间是割裂开的 , 时间就是时间 , 空间就是空间 , 两者并没有什么关系 。 除此之外 , 牛顿还认为物体的运动状态并不影响时间和空间 。 说白了 , 任何人看到的一米长都是一样的长的 , 任何人感受到的一秒钟都是相同的一秒钟 , 这也被称为牛顿的绝对时空观 。
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不过 , 爱因斯坦通过光速不变原理和洛伦兹变换推导出了全新的理论 , 也就是狭义相对论 。 在狭义相对论当中 , 他发现时间和空间不能独立 , 或者我们可以说时间和空间在某种程度上看是等价的 , 两者应该被并成为:时空 。 基于狭义相对论 , 爱因斯坦进一步推广得到广义相对论 , 他认为 , 根本不存在引力 , 地球绕着太阳转的现象是由于时空弯曲造成的 。
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广义相对论被提出时 , 大多数的科学家都无法接受 。 不过 , 后来在1919年 , 天文学家爱丁顿带队观测日全食 , 从而证明了广义相对论是正确的 , 这才使得爱因斯坦的广义相对论被逐渐接受 。
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同时 , 在广义相对论当中 , 就可以非常好地解释水星近日点进动的问题 。
【牛顿|牛顿的万有引力深入人心,可为什么爱因斯坦却说引力并不存在?】
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总结
按照目前的学术圈的主流认同 , 也就是爱因斯坦的广义相对论 , 地球绕着太阳运动的原因是时空弯曲造成的 , 太阳压弯了周围的时空 , 地球沿着时空的测地线在运动 。
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