万有引力公式(万有引力的本质是什么?)按照目前人类的认知,引力的本质是时间空扭曲,时间空是时间与三维之间的空间空。
万有引力定律的发现
牛顿利用自己的微积分思想,总结开普勒三定律,发现了万有引力定律。1687年,他在《自然哲学的数学原理》一书中描述了这一现象。牛顿认为万有引力定律是普遍适用于一切物体的,引力的大小只与物体的质量和距离有关。这是我们在物理课本上学到的万有引力公式。
万有引力
虽然牛顿当时发现了这个定律,但他并不知道引力常数G的大小,直到1789年卡文迪什通过扭转平衡实验测得G的值,公式才得以完善。科学家也用这个公式发现了海王星和哈雷彗星。
引力在大质量的天体中是很明显的,虽然它也存在于人类之中,但它太小了,不容忽视。
卡文迪什扭转平衡实验
爱因斯坦解释了引力。
引力的正确性早已在天体上得到证明,但它是如何产生的呢?他们为什么会互相吸引?
牛顿的解释是,引力是物体的固有属性,所有有重量的物体都会存在。当时认为引力是超距离的,不需要作用时间,瞬间就可以传递到无穷远。
这一观点与爱因斯坦1905年提出的狭义相对论相矛盾。爱因斯坦认为“真理中的光速空是信息传递的终极速度”。为了解决这个矛盾,1915年,爱因斯坦在他的广义相对论中解释了万有引力的本质。他认为万有引力并不是真的存在,引力只是一种幻觉,其本质是质量会扭曲周围的时间空。
比如把铅球放在蹦床中间,然后沿着蹦床扔一个玻璃球。因为铅球的重量导致蹦床下垂,玻璃球会绕着铅球转几圈然后落下。这种现象与行星绕恒星运行的现象本质上是一样的,只是蹦床中有摩擦,而在天体运动的真实空环境中几乎没有摩擦。
蹦床显示的只是表面的空扭曲。实际情况如下图。
为了检验爱因斯坦的猜想,1919年5月底,科学家利用日全食进行了著名的星光偏转实验。
正常情况下,太阳后面的星星发出的强光会被太阳挡住。只有当发生日全食时,在昏暗的条件下,来自太阳后面恒星的光才能被太阳引力偏转后传输到地球上,这样人类就可以直接观察到太阳后面的恒星。如上图,实线为射线路径,虚线为人类在地球上观测到的恒星位置虚像。
利用爱因斯坦引力场公式,计算数据与实际观测结果完全一致,而牛顿万有引力定律计算出的偏转角和偏位与实际数据相差一半以上,误差较大。所以科学家认为爱因斯坦对引力本质的解释更科学。
但这并不意味着牛顿的万有引力定律是错误的。它有一定的适用范围,只能适用于弱引力场,但在强引力场中会失效。比如太阳对水星的吸引力最强,用万有引力定律计算水星近日点进动会有一些偏差。
此后,从日全食中获得了更多的星光位移数据,证明了爱因斯坦理论的正确性。时间空扭曲是引力的本质。
物体质量越大,时间空畸变的影响就越明显。空之间的扭曲会让光线改变原来的轨迹,而时间的扭曲真的会让时间变慢。比如地核位于重心,需要的时间会比地壳长。在地球46亿年的历史中,地核比地壳年轻2.5岁。
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