引力的本质
引力到底是什么?牛顿认为,引力就像一根无形的线,牵连着宇宙中的所有物体。从牛顿优美的万有引力公式我们可以看到,引力的大小跟物体的质量成正比,跟距离的平方成反比。我们地球正是被一根从太阳上拉出的无形的线牵引着,绕着太阳做着有规律的圆周运动,就好像我们甩一个链子球一样。按照牛顿的公式,如果太阳突然爆炸了,那么太阳的质量瞬间降为零,引力的大小也会瞬间降为零,就好像这根线突然断掉了,那么地球就应该瞬间被甩出去,这就叫引力的超距作用。也就是说,在爱因斯坦之前,人们一直认为引力的互相作用是瞬间产生的,不管距离有多远,只要质量发生变化,引力的大小也立即跟着发生变化。
爱因斯坦对这个观点产生了严重的怀疑。根据狭义相对论所证明的,没有什么信号或者能量的传递速度能超过光速,如果太阳突然爆炸,地球最快也要在八分钟后才能得知真相,引力的传播绝不能逾越光速这个极限。如果引力真是可以超距作用的话,那么就可以靠有规律地改变质量的大小来向远方传递信息,就跟莫尔斯电码一样,这显然违反了狭义相对论的基本推论。牛顿肯定错了,但是,如果不是牛顿所说的看不见的线,引力又到底是什么呢?为什么它可以隔着遥远的真空而相互作用?
爱因斯坦点陷入深思。引力可以引起光线的弯曲,光为什么会弯曲?因为光要走最短的路径,在一个弯曲的空间里,光的最短路径看起来就像一条曲线,就好像我们在一个皮球上的两点间画一条最短的线,它看上去就是一条曲线。既然光总是走最短的路径,物理规律都是一样的,一个扔出去的小球是不是也应该走最短路径呢?我想应该是的,如果没有地球引力,这个小球就会沿着直线一直飞下去。现在有了地球引力,这个小球走了一个抛物线落在地上,它的运动轨迹是一根曲线,那么,我觉得这根曲线就应该是小球认为的在这个空间中的最短路径,我们这个空间是被地球引力包裹的空间。所以,对了,就是这样,引力的实质并不是一种力,只不过就是空间弯曲的外在表现而已,没有什么无形的线,只有弯曲空间这个实质。我们的宇宙空间就好像一张张开的大网,地球就压在这张网上,网被压得凹陷了下去。
[插图1]
【图1】
地球使得周围的空间弯曲
就好像我现在一屁股坐在沙发椅上,我的屁股底下凹陷了一块。这个凹陷的比喻和图示都非常粗糙,只是一种近似,你千万不要认为空间真的就是这么凹下去的。实际上,三维空间是在所有的维度上都弯曲了,以我们人类有限的想象力,是很难把它真正形象化的,更不用说把它在一张二维的纸上画出来。但不管怎样,有这么一个比喻总比没有这个比喻好,虽然结果可能会让这个世界上的少数聪明人更晕菜,但好处是会让大多数普通人突然理解了时空弯曲。
我们在地球边上被压凹陷的网上放一个玻璃球,这个玻璃球当然会滚落到凹陷的最深处,直到和地球碰在一起。如果我们从远处贴着网朝地球打一个玻璃球出去,当玻璃球滚到凹陷的地方时,如果速度不够,就会绕着地球一圈圈地滚,越滚越深,最后和地球撞在一起。但如果玻璃弹的速度足够快,它就会滚到凹陷的地方下沉一下,然后在另一头出来,在凹陷的地方的轨迹看上去就是一根曲线。
【图2】
玻璃球走过的最短路径看上去像一根曲线
我的这些想象和真实世界中的一切都是如此的吻合。流星划过地球的轨迹就是一根曲线,如果流星速度很快,就会划过天际,掠过地球而去。如果大网上的地球质量变化了,就好像这个球在网上抖动了一下,于是下陷的深度就会产生变化,这个深度的变化会从中心迅速地传递出去,但是不可能瞬间抵达边缘,必然会有一个传递的过程,就好像卷曲的空间泛起了一个波澜,这个波澜的传递速度也是光速。这个波澜,可以称之为引力波,引力波的传播速度也是光速。爱因斯坦在1916年和1918年分别发表了两篇论文预言了引力波的存在。
当爱因斯坦有了引力的实质是空间的弯曲这个想法后,他并没有急于写论文向外界公布,因为爱因斯坦深知,如果他的假想不能提出有力的实验证据的话,没有人会相信他。要能被实验证实,就首先要设计一个实验,而且这个实验的结果要能根据自己的理论预测出来,只有实验的观测数据和理论预测的数据完全一致话,这个理论才能站得住脚,被科学界所接受。爱因斯坦知道,真正的挑战来了。第一步,他要能找到计算空间弯曲程度和引力大小的关系公式,然后才可以再谈实验,否则一切都是空中楼阁。
1915年,此时的爱因斯坦已经掌握了强大的数学工具,他已经能精确地推算出引力对空间造成的弯曲程度。
引力到底是什么?牛顿认为,引力就像一根无形的线,牵连着宇宙中的所有物体。从牛顿优美的万有引力公式我们可以看到,引力的大小跟物体的质量成正比,跟距离的平方成反比。我们地球正是被一根从太阳上拉出的无形的线牵引着,绕着太阳做着有规律的圆周运动,就好像我们甩一个链子球一样。按照牛顿的公式,如果太阳突然爆炸了,那么太阳的质量瞬间降为零,引力的大小也会瞬间降为零,就好像这根线突然断掉了,那么地球就应该瞬间被甩出去,这就叫引力的超距作用。也就是说,在爱因斯坦之前,人们一直认为引力的互相作用是瞬间产生的,不管距离有多远,只要质量发生变化,引力的大小也立即跟着发生变化。
爱因斯坦对这个观点产生了严重的怀疑。根据狭义相对论所证明的,没有什么信号或者能量的传递速度能超过光速,如果太阳突然爆炸,地球最快也要在八分钟后才能得知真相,引力的传播绝不能逾越光速这个极限。如果引力真是可以超距作用的话,那么就可以靠有规律地改变质量的大小来向远方传递信息,就跟莫尔斯电码一样,这显然违反了狭义相对论的基本推论。牛顿肯定错了,但是,如果不是牛顿所说的看不见的线,引力又到底是什么呢?为什么它可以隔着遥远的真空而相互作用?
爱因斯坦点陷入深思。引力可以引起光线的弯曲,光为什么会弯曲?因为光要走最短的路径,在一个弯曲的空间里,光的最短路径看起来就像一条曲线,就好像我们在一个皮球上的两点间画一条最短的线,它看上去就是一条曲线。既然光总是走最短的路径,物理规律都是一样的,一个扔出去的小球是不是也应该走最短路径呢?我想应该是的,如果没有地球引力,这个小球就会沿着直线一直飞下去。现在有了地球引力,这个小球走了一个抛物线落在地上,它的运动轨迹是一根曲线,那么,我觉得这根曲线就应该是小球认为的在这个空间中的最短路径,我们这个空间是被地球引力包裹的空间。所以,对了,就是这样,引力的实质并不是一种力,只不过就是空间弯曲的外在表现而已,没有什么无形的线,只有弯曲空间这个实质。我们的宇宙空间就好像一张张开的大网,地球就压在这张网上,网被压得凹陷了下去。
[插图1]
【图1】
地球使得周围的空间弯曲
就好像我现在一屁股坐在沙发椅上,我的屁股底下凹陷了一块。这个凹陷的比喻和图示都非常粗糙,只是一种近似,你千万不要认为空间真的就是这么凹下去的。实际上,三维空间是在所有的维度上都弯曲了,以我们人类有限的想象力,是很难把它真正形象化的,更不用说把它在一张二维的纸上画出来。但不管怎样,有这么一个比喻总比没有这个比喻好,虽然结果可能会让这个世界上的少数聪明人更晕菜,但好处是会让大多数普通人突然理解了时空弯曲。
我们在地球边上被压凹陷的网上放一个玻璃球,这个玻璃球当然会滚落到凹陷的最深处,直到和地球碰在一起。如果我们从远处贴着网朝地球打一个玻璃球出去,当玻璃球滚到凹陷的地方时,如果速度不够,就会绕着地球一圈圈地滚,越滚越深,最后和地球撞在一起。但如果玻璃弹的速度足够快,它就会滚到凹陷的地方下沉一下,然后在另一头出来,在凹陷的地方的轨迹看上去就是一根曲线。
【图2】
玻璃球走过的最短路径看上去像一根曲线
我的这些想象和真实世界中的一切都是如此的吻合。流星划过地球的轨迹就是一根曲线,如果流星速度很快,就会划过天际,掠过地球而去。如果大网上的地球质量变化了,就好像这个球在网上抖动了一下,于是下陷的深度就会产生变化,这个深度的变化会从中心迅速地传递出去,但是不可能瞬间抵达边缘,必然会有一个传递的过程,就好像卷曲的空间泛起了一个波澜,这个波澜的传递速度也是光速。这个波澜,可以称之为引力波,引力波的传播速度也是光速。爱因斯坦在1916年和1918年分别发表了两篇论文预言了引力波的存在。
当爱因斯坦有了引力的实质是空间的弯曲这个想法后,他并没有急于写论文向外界公布,因为爱因斯坦深知,如果他的假想不能提出有力的实验证据的话,没有人会相信他。要能被实验证实,就首先要设计一个实验,而且这个实验的结果要能根据自己的理论预测出来,只有实验的观测数据和理论预测的数据完全一致话,这个理论才能站得住脚,被科学界所接受。爱因斯坦知道,真正的挑战来了。第一步,他要能找到计算空间弯曲程度和引力大小的关系公式,然后才可以再谈实验,否则一切都是空中楼阁。
1915年,此时的爱因斯坦已经掌握了强大的数学工具,他已经能精确地推算出引力对空间造成的弯曲程度。
突发奇想
如果第一宇宙速度7.9km/s,大于这个速度就要开始环绕地球做圆周运动了。再大一点,11.2km/s都已经开始挣脱地球束缚,飞向太阳了(当然这个速度指的是发射的瞬时速度)。
而孙悟空一个跟头十万八千米,假设翻一个跟头需要2s,发射的瞬时速度达到50000km/s,远远大于第三宇宙速度,也就是他一下子就挣脱太阳束缚,至少飞到银河系以外,那他是怎么做到下一秒出现的地方还是地球上的某个位置呢[doge]
如果第一宇宙速度7.9km/s,大于这个速度就要开始环绕地球做圆周运动了。再大一点,11.2km/s都已经开始挣脱地球束缚,飞向太阳了(当然这个速度指的是发射的瞬时速度)。
而孙悟空一个跟头十万八千米,假设翻一个跟头需要2s,发射的瞬时速度达到50000km/s,远远大于第三宇宙速度,也就是他一下子就挣脱太阳束缚,至少飞到银河系以外,那他是怎么做到下一秒出现的地方还是地球上的某个位置呢[doge]
二十四节气最初是依据“斗转星移”制定,北斗七星循环旋转,这斗转星移与自然节律变化有着密切的关系。现行是依据太阳黄经度数定节气,即在一个为360度圆周的“黄道”上划分为24等份,每15°一等份,以春分点为0度起点,按黄经度数编排。惊蛰反映的是自然生物受节律变化影响而出现萌发生长的现象。[15][16]西汉戴德《大戴礼记·夏小正》曰:正月启蛰,言发蛰也。万物出乎震,震为雷,故曰惊蛰。是蛰虫惊而出走矣。元代吴澄《月令七十二候集解》:“二月节……万物出乎震,震为雷,故曰惊蛰,是蛰虫惊而出走矣。”《月令七十二候集解》中说:“二月节,万物出乎震,震为雷,故曰惊蛰。是蛰虫惊而出走矣。”
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