萬有引力產生的原因為大質量物體(如地球、太陽等天體)扭曲空間,就像一個鉛球放在一張緊繃的網上,網下垂,邊上的物體就會被吸引,包括一邊勻速直線運動的物體。用相對論解釋萬有引力其實是不存在的,它不過是時空扭曲現象的必然結果而已。
萬有引力是如何產生的
目前科學界的主流觀點認為,引力的本質是時空彎曲,這一觀點來自愛因斯坦的廣義相對論,並且經過瞭非常多的天文觀測證實,還在理論上起到瞭很好的預測作用。
在人類對引力的認識過程中,主要出現瞭三大理論。
牛頓經典引力理論
據傳,因為一個蘋果掉下來砸到牛頓的腦袋,牛頓因此悟出瞭萬有引力定律。世間一切物質都存在相互吸引的作用力,這就是萬有引力。萬有引力的大小,除瞭與兩個物體的質量有關,還與兩個物體之間的距離有關。這是經典力學中關於引力的描述。
在牛頓的理論中,他認為時空是平直的,並且不管距離有多遠,引力的作用都是瞬間完成的。現代物理學研究表明,牛頓的引力理論是廣義相對論的一種局域近似,它隻適用於弱引力場環境。
牛頓的引力理論對於預測天體運動已經很精確瞭,比如,天文學傢利用萬有引力定律預言瞭海王星的存在。不過在解決某些問題時,卻遇到瞭困難,比如水星近日點進動問題。
愛因斯坦的引力理論
1915年,愛因斯坦在狹義相對論的基礎上正式完成廣義相對論,將引力解釋成時空彎曲,認為時空與物質的關系十分密切。而在牛頓的理論中,時空與物質無關。因此,廣義相對論認為引力並不真實存在,隻是一種時空彎曲效應。
該理論將時空幾何化,存在於三維空間中的物體能夠使空間乃至時間發生彎曲,這就是時空彎曲。有質量的物體能使時空彎曲,質量越大,時空彎曲的越厲害。並且單位空間中包含的質量越多,該區域的時空曲率也就越大。引力相互作用的傳遞速度與光速相當。廣義相對論中最重要的方程便是引力場方程,它描述瞭物質與時空的關系。
量子引力理論
量子力學和相對論是現代物理學的兩大支柱。量子力學致力於研究微觀世界中物質的運動規律,其研究結果得到瞭實驗的精確支持。量子力學試圖將引力量子化,但卻並沒有獲得成功。
世界是物質的,物理學傢認為自然界中存在4種基本作用力:電磁力、強力、弱力、引力。量子力學與狹義相對論、經典場論結合,形成瞭量子場論,並在楊米爾斯理論的基礎之上發展出瞭標準模型理論,成功的將前三種力統一,可卻遲遲不能將引力納入其中,即量子力學與廣義相對論不兼容。
萬有引力的適用范圍
1、經典萬有引力定律反映瞭一定歷史階段人類對引力的認識,在十九世紀末發現,水星在近日點的移動速度比理論值大,即發現水星軌道有旋緊,軌道旋緊的快慢的實際值為每世紀42.9″。
2、在法拉第和麥克斯韋之後,人們看到物理的實在除瞭粒子還有電磁場。電磁場具有動量和能量且能傳播電磁波。
3、經典力學的適用范圍並引入普朗克常量和真空中光速來界定經典力學的領地。粗糙的說,經典的萬有引力定律適用范圍也可用一數量表示。
經典力學的適用范圍並引入普朗克常量和真空中光速來界定經典力學的領地。粗糙的說,經典的萬有引力定律適用范圍也可用一數量表示。