萬有引力是艾薩克·牛頓發(fā)現(xiàn)的,他的這個理論于1687年發(fā)表在自己的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》著作中,萬有引力定律表述為:F=GMm/r^2。
這里的F就是引力大小,單位為牛頓,符號為N;G為引力常量,是在地球上1公斤物體質(zhì)心相隔1米的引力,約為6.67×10^-11 N·m^2/kg^2;M和m表示發(fā)生引力的兩個大小物體的質(zhì)量,單位為千克,符號為kg;r為發(fā)生引力的兩個物體質(zhì)心之間距離,單位為米,符號為m。
這個公式的意思就是說,引力大小與物體的質(zhì)量成正比,與引力發(fā)生的兩個物體之間距離平方成反比。通俗的說就是質(zhì)量越大,引力就越大;而距離越遠(yuǎn),引力就越小,且呈指數(shù)級衰減。
這個公式也明確了引力是由質(zhì)量引起的,就是宇宙萬物,只要有質(zhì)量,就會產(chǎn)生引力。但在牛頓力學(xué)中,質(zhì)量只是物體的慣性質(zhì)量,是與時空無關(guān)的孤立存在,因此雖然發(fā)現(xiàn)了質(zhì)量會產(chǎn)生引力,但無法解釋為什么質(zhì)量會產(chǎn)生引力。
愛因斯坦解決了這個問題,他創(chuàng)立的狹義相對論解決了時間和空間的統(tǒng)一問題,并論證了運動會改變時間和空間,讓時間具有膨脹效應(yīng),空間具有尺縮效應(yīng),顛覆了牛頓的絕對時空觀;而且還論證了質(zhì)量和能量的等效關(guān)系,得到了著名的質(zhì)能方程:E=MC^2。
后來,愛因斯坦又在廣義相對論中論證了質(zhì)量會導(dǎo)致時空彎曲,而引力的本質(zhì)就是時空彎曲導(dǎo)致的現(xiàn)象。這樣,既修正了牛頓絕對時空觀導(dǎo)致的許多力學(xué)誤差,又找到了引力發(fā)生的根源。
那么,為什么質(zhì)量會導(dǎo)致時空彎曲呢?這是因為時空就像一張看不見的大網(wǎng),當(dāng)然這張網(wǎng)并不是平面的而是立體的,當(dāng)具有質(zhì)量的物體進(jìn)入這個大網(wǎng)時,就會壓迫這個大網(wǎng)發(fā)生凹陷,質(zhì)量和運動能量越大,這個凹陷就越大。
有科學(xué)家采用一張拉緊的床單來表示時空,在這個床單上放上質(zhì)量大小不同的各種球,人們就會發(fā)現(xiàn)質(zhì)量越大的球會在床單上壓下更深的凹陷,而質(zhì)量小的球靠近這個凹陷就會掉落下去。雖然床單不能表現(xiàn)出立體的時空,但比較形象的說明了質(zhì)量是引力的來源,而且質(zhì)量越大引力就越大。
這就是時空彎曲,人們把被大質(zhì)量天體導(dǎo)致的這種時空彎曲稱為時空陷阱或者時空漩渦,小質(zhì)量天體接近這種時空旋渦,進(jìn)入了大質(zhì)量天體的勢力范圍,就會有被吸入漩渦的趨勢,表現(xiàn)出來的現(xiàn)象就是相互吸引的萬有引力現(xiàn)象。
就連每秒30萬公里的光,在經(jīng)過大質(zhì)量天體時,其行走路徑也會發(fā)生偏轉(zhuǎn),這種偏轉(zhuǎn)正是順著時空漩渦的渦環(huán)線經(jīng)過,如在太陽后面的恒星光線經(jīng)過太陽附近時,被太陽引力拉彎,日食時會被我們觀測到。
這正是100年前的1919年,英國天文學(xué)家亞瑟·愛丁頓率領(lǐng)一支遠(yuǎn)征隊,不遠(yuǎn)萬里到非洲西海岸追逐日全食,觀測證實了星光經(jīng)過太陽發(fā)生的偏轉(zhuǎn),與愛因斯坦的時空彎曲理論相符,從而向全世界宣布了這個偉大理論的正確,引起了世界科學(xué)界的轟動,并讓人類文明從此進(jìn)入了一個新階段。
所以,引力是一種現(xiàn)象,本質(zhì)是時空彎曲,是質(zhì)量對時空導(dǎo)致的彎曲形成的一種現(xiàn)象。牛頓與愛因斯坦理論的差別是前者發(fā)現(xiàn)了這種現(xiàn)象,后者找到了形成這種現(xiàn)象的根源。
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