解释物体之间的相互作用的引力的定律——万有引力
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万有引力定律是解释物体之间的相互作用的引力的定律。深入来看,我们并不知道宇宙中为什么会存在引力场,而物质和能量又是怎样产生出引力场。它似乎是宇宙和物理世界存在方式的一个组成部分。有许多这类带有根本性的问题是没有答案的,至少在目前找不到答案。我们所能做的全部工作就是要描述力是怎样起作用的,以及它们彼此间的关系。单是这些事就已够你做的了!
牛顿曾说过:“我没能力从现象中发现这些重力的原因。”这些年从许多科学家的成果和现象中找到了产生这些力的原因。圆了尊敬的科学家牛顿的这一心愿,它的发现解决了宇宙中很多未解之谜,对人类探索宇宙提供了方向。
科学家们提出了以光子,胶子为媒介来传递力的。根据我们现在知道的有三点是可以肯定的:
第一,万有引力确确实实存在;
第二,万有引力不是平空产生的,它一定源于微观粒子间产生的力;
第三,万有引力决不是以任何媒介子来传递的力(因为微观粒子中有再多的媒介子来源,也满足不了浩瀚的宇宙)。不管光子会不会传递力,我们先不考虑。
爱因斯坦选择用时空来描述引力场的原因。他的这一选择引出了一种非常成功的理论,即广义相对论。为了推导任何涉及像引力这类自然现象的数学理论,人们会要求反映这种理论的数学符号必须与代表自然现象的一些量联系起来,如符号T表示温度,V表示速度,或者M表示质量等。在广义相对论中,爱因斯坦必然要确立类似的联系。在符号问题上,爱因斯坦规定引力场等同于一个量,这就是19世纪数学家提出的度规张量。
爱因斯坦采用度规张量这种最简单的做法使引力场得以具体化,这一点意义重大,并产生了深远的影响。在爱因斯坦之前,度规张量是一种纯几何量,它所表达的是如何确定空间中点与点之间的距离。爱因斯坦借用度规张量,以它来代表引力场,采用这种做法不可避免地会得出一项合乎逻辑的推论:如果你把引力场拿掉,那么在任何地方、任何时间,度规便等于零,但是空间本身的这种性质也就不复存在了。空间和时间中点与点之间的距离不复存在,空间和时间化为乌有。
1961年,《相对论:狭义与广义理论》一书引用了爱因斯坦的一段话,“时空并不要求其自身的存在,它只是用来作为反映引力场结构的一个量”。
在写出与时间和空间位置有关的一些方程时,我们认为与粒子、场和能量相比,这种坐标网格以一种更为基本的方式而存在,即后者把前者安置在时空之中。但是,爱因斯坦坚信这种令人感到欢欣而又直观的观点是错误的。如果度规张量等同于引力场,而引力场的存在已被实验所证实,那么我们为定义位置和时间所建立的时空坐标,在某种意义上必然也会是引力场的结构成分。今天,通过实验对广义相对论所作的检验是非常有限的,因此除了爱因斯坦的原始说明外,还没有任何其他有效的解释。
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