解釋物體之間的相互作用的引力的定律——萬有引力
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萬有引力定律是解釋物體之間的相互作用的引力的定律。深入來看,我們並不知道宇宙中爲什麼會存在引力場,而物質和能量又是怎樣產生出引力場。它似乎是宇宙和物理世界存在方式的一個組成部分。有許多這類帶有根本性的問題是沒有答案的,至少在目前找不到答案。我們所能做的全部工作就是要描述力是怎樣起作用的,以及它們彼此間的關係。單是這些事就已夠你做的了!
牛頓曾說過:“我沒能力從現象中發現這些重力的原因。”這些年從許多科學家的成果和現象中找到了產生這些力的原因。圓了尊敬的科學家牛頓的這一心願,它的發現解決了宇宙中很多未解之謎,對人類探索宇宙提供了方向。
科學家們提出了以光子,膠子爲媒介來傳遞力的。根據我們現在知道的有三點是可以肯定的:
第一,萬有引力確確實實存在;
第二,萬有引力不是平空產生的,它一定源於微觀粒子間產生的力;
第三,萬有引力決不是以任何媒介子來傳遞的力(因爲微觀粒子中有再多的媒介子來源,也滿足不了浩瀚的宇宙)。不管光子會不會傳遞力,我們先不考慮。
愛因斯坦選擇用時空來描述引力場的原因。他的這一選擇引出了一種非常成功的理論,即廣義相對論。爲了推導任何涉及像引力這類自然現象的數學理論,人們會要求反映這種理論的數學符號必須與代表自然現象的一些量聯繫起來,如符號T表示溫度,V表示速度,或者M表示質量等。在廣義相對論中,愛因斯坦必然要確立類似的聯繫。在符號問題上,愛因斯坦規定引力場等同於一個量,這就是19世紀數學家提出的度規張量。
愛因斯坦採用度規張量這種最簡單的做法使引力場得以具體化,這一點意義重大,併產生了深遠的影響。在愛因斯坦之前,度規張量是一種純幾何量,它所表達的是如何確定空間中點與點之間的距離。愛因斯坦借用度規張量,以它來代表引力場,採用這種做法不可避免地會得出一項合乎邏輯的推論:如果你把引力場拿掉,那麼在任何地方、任何時間,度規便等於零,但是空間本身的這種性質也就不復存在了。空間和時間中點與點之間的距離不復存在,空間和時間化爲烏有。
1961年,《相對論:狹義與廣義理論》一書引用了愛因斯坦的一段話,“時空並不要求其自身的存在,它只是用來作爲反映引力場結構的一個量”。
在寫出與時間和空間位置有關的一些方程時,我們認爲與粒子、場和能量相比,這種座標網格以一種更爲基本的方式而存在,即後者把前者安置在時空之中。但是,愛因斯坦堅信這種令人感到歡欣而又直觀的觀點是錯誤的。如果度規張量等同於引力場,而引力場的存在已被實驗所證實,那麼我們爲定義位置和時間所建立的時空座標,在某種意義上必然也會是引力場的結構成分。今天,通過實驗對廣義相對論所作的檢驗是非常有限的,因此除了愛因斯坦的原始說明外,還沒有任何其他有效的解釋。
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