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網友問_既然廣義相對論中引力本不存在,為何不把引力替代掉?

放大字體  縮小字體 發布日期:2019-12-06  來源:來自互聯網  作者:來自互聯網  瀏覽次數:610
導讀

萬有引力定律和廣義相對論對引力的解釋,本質上是對同一事物的兩種描述而已,沒有對錯之分,只有適用范圍之分;其中牛頓力學的描述形式簡單,但只在弱引力場中生效,廣義相對論的描述比較復雜,適用于所有場合。 但…

萬有引力定律和廣義相對論對引力的解釋,本質上是對同一事物的兩種描述而已,沒有對錯之分,只有適用范圍之分;其中牛頓力學的描述形式簡單,但只在弱引力場中生效,廣義相對論的描述比較復雜,適用于所有場合。

在廣義相對論中,愛因斯坦以時空彎曲來描述引力,并獲得了巨大的成功,解釋了很多萬有引力定律解釋不了的現象,根據廣義相對論的描述,引力的本質就是時空彎曲,實際當中根本不存在“引力”這個事物。

但是我們在絕大部分的情況下,都是使用牛頓力學而非相對論力學,比如預測宇宙飛船的飛行軌跡用牛頓力學足夠,哪怕描述白矮星這樣致密的天體時,使用牛頓力學也能達到很高的精度。

只有在研究更為極端的現象,比如中子星、黑洞、巨大的星系時,萬有引力定律才會出現較大偏差,此時愛因斯坦的廣義相對論將發揮作用。

從本質上說,萬有引力定律和廣義相對論對引力的解釋,都是對同一事物的不同描述,萬有引力定律使用超距作用“引力”來進行解釋,數學圖像為引力場分布梯度,而廣義相對論使用時空彎曲來解釋,數學圖像為彎曲的時空,兩者其實等效的。只不過萬有引力定律存在局限性,只適用于弱引力場中,而廣義相對論適用于所有場合。

除了以上兩種描述外,在物理學中還有其他描述引力的數學模型,比如量子力學試圖把引力量子化,另外三種基本力,強力、弱力和電磁力均實現了量子化,都有著各自的傳遞粒子,量子力學預言引力的傳遞粒子是“引力子”,自旋為2,質量為零,但是目前科學家還未探測到引力子的存在。

所以即便萬有引力定律是相對論在弱場下的近似,萬有引力定律也無法被廣義相對論完全代替,相比之下,萬有引力定律的使用更加方便和簡潔,而且在絕大部分情況下均能達到足夠的精度,太陽系內的絕大部分天文現象,利用萬有引力就可以進行精確預言,比如日全食的時間,某顆彗星的回歸周期等等。

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