- 世界因何美妙而優(yōu)雅地運行
- (美)約翰·布羅克曼
- 1027字
- 2019-01-15 10:30:51
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EINSTEIN EXPLAINS WHY GRAVITY IS UNIVERSAL
愛因斯坦理論闡明了為什么引力是萬有的
肖恩·卡羅爾(Sean Carroll)
加州理工學院理論物理學家,著名科普作家,著有《從永恒到當下:追逐時間的終極理論》(From Eternity to Here: The Quest for the Ultimate of Time)。
古希臘人堅信,較重物體的下落速度快于較輕物體。他們有很好的理由來支撐這個概念。一塊重石滾落的速度非常快,而一張紙則是輕輕柔柔地飄落到地面。伽利略的思維實驗證明了,這個概念存在一個缺陷。假設將一張紙綁在石頭上,紙與石頭合二為一成為一個新的系統,這個新系統比之前的任何一個組成部分都要重,因而滾落的速度也會更快。但實際上,這張紙減緩了石頭的下落速度。
伽利略論證了,如果不是因為空氣阻力的干擾,物體下落的速率實質上是一個普適量,與其質量或自身的構成成分并無關聯。阿波羅飛船的第15位宇航員大衛(wèi)·斯科特(Dave Scott),站在接近真空狀態(tài)下的月球表面上,舉起一片羽毛與一把錘子,同時讓二者下落,實驗結果證明了伽利略的這個論點,即二者是以同樣的加速度下落的。
諸多科學家們曾對這個現象百思不得其解。與引力作用相反,電場中的粒子因受到作用力呈現出不同的反應:正電荷被推向一邊,負電荷則在另外一邊,中性粒子則不呈現電性。但引力是萬有的,世間萬物皆以相同的方式受到引力的影響。
正是對這個問題的思考才讓愛因斯坦獲得了他稱之為“一生中最幸福的思想”。讓我們想象一下這些場景:一名宇航員身處在一個沒有窗戶或沒有其他方式能夠觀察到外界的飛船上。如果這艘飛船遠離任何恒星或行星,飛船內的一切物體都將處于自由落體狀態(tài),自然也不會有引力作用在飛船內的物體上。現在,把飛船放在一個引力極為可觀的龐然大物的軌道上繞行,飛船內的一切物體依然處于自由落體狀態(tài),因為所有物體均以相同的方式受到引力的作用,沒有物體被推向或遠離其他物體。在以上飛船內所觀測到的情形中,我們是無法察覺到引力的存在的。
愛因斯坦,以他天才般的智慧,領悟到了這種情形所賦予的深遠寓意:如果引力以相同的方式影響著萬物,那么把引力視為一種“力”則有失偏頗。當然,引力是時空的本質,萬物均通過時空進行著運動。特別要強調的是,引力是時空的曲率。我們進行運動所處的空間和時間,并不像牛頓所認為的那樣,一定是固定和絕對的;因為受到物質和能量的作用力,時空會呈現出彎曲和延伸的狀態(tài)。由此,我們把物體因受到時空彎曲作用而被推向不同方向的現象,稱為“引力”或“重力”。因擁有著令人驚嘆的數學能力和無以倫比的物理直覺,愛因斯坦才解開了自伽利略時代以來一直懸而未決的一個難解之謎。