收起 愛因斯坦并沒有徹底顛覆萬有引力的概念,,他只是提供了一種更深刻的洞察力,,借助他的場方程,萬有引力的實質(zhì)得到了更精致的闡釋,。 同時,,他修正了牛頓經(jīng)典力學(xué)中的某些缺陷,讓我們的視野更加貼近現(xiàn)實世界的本質(zhì),。 牛頓對萬有引力的描述可以用一個簡潔的公式表示: 這說明兩個物體之間的引力F與其質(zhì)量M和m以及引力常量G的乘積成正比,,與它們之間距離r的平方成反比。 這一定律至今仍被廣泛應(yīng)用于多個科學(xué)領(lǐng)域和實踐活動中,,如三個宇宙速度的計算,,便是基于這一定律得出的。 正是依賴這三個速度,,人類才能成功發(fā)射人造天體,,脫離地球的引力束縛,飛向廣闊的宇宙空間,。 愛因斯坦的廣義相對論揭示了引力的本質(zhì),。 盡管牛頓萬有引力定律揭示了自然界中一種普適的力并探索了其規(guī)律,但它并未解釋這種力的來源或存在原因,。 因此,,它停留在知道是什么但不知道為什么的階段。 雖然這看似只是向前邁出的一小步,,但得出的結(jié)論足以徹底改變我們對宇宙的認知,。 愛因斯坦廣義相對論認為,質(zhì)量是引力的來源,,物體的質(zhì)量導(dǎo)致其周圍的時空發(fā)生彎曲,。 如同石頭投入水中或魚在水中游動,會引發(fā)漣漪或漩渦,,從而影響周邊物質(zhì)的運動,。 不論物體大小,都會產(chǎn)生這種時空擾動,。 這種擾動會形成時空漩渦或陷阱,,它會影響處于其中的其他物體的運動,表現(xiàn)為物體間的相互吸引,,即引力現(xiàn)象,。 小質(zhì)量物體的引力很微弱,不易觀測,,而大質(zhì)量天體的引力則非常顯著。 天體質(zhì)量越大,,其時空漩渦越激烈,,小物體經(jīng)過時就會陷入其中,,仿佛被大天體所吸引。 大質(zhì)量天體產(chǎn)生的引力彎曲時空,,甚至能使經(jīng)過的光線偏折,,例如太陽附近經(jīng)過的光線會被其質(zhì)量彎曲。 愛因斯坦這一預(yù)言在廣義相對論發(fā)表后不久便得到了科學(xué)界的證實,。 為了驗證時空彎曲理論,,1919年,英國皇家科學(xué)院派出兩隊科考人員,,一隊前往西非普林西比,,另一隊前往亞馬遜雨林,這兩個地方是日全食的最佳觀測點,。他們證實了愛因斯坦關(guān)于星光在太陽邊緣會發(fā)生1.74角秒偏折的預(yù)言,。 愛丁頓在日全食期間的觀測證實了愛因斯坦的預(yù)言,這成為科學(xué)界的重大突破,。 愛因斯坦在得知這一消息時,,僅以一句俏皮話回應(yīng):“我并不驚訝,如果測得的結(jié)果不是這樣,,對上帝來說就太遺憾了,。” 這正是科學(xué)巨匠對自己研究成果的自信與風(fēng)范,。 當天文學(xué)家戴森在英國皇家科學(xué)院的報告中宣布:“經(jīng)過認真分析,,無可置疑地證實了愛因斯坦的預(yù)言?!?/p> 這一宣告引起轟動,,廣義相對論從此聞名于世,成為現(xiàn)代物理學(xué)的基石,。 廣義相對論的場方程還預(yù)測了黑洞,、引力波、時間膨脹,、引力透鏡等現(xiàn)象,,這些預(yù)測相繼得到證實,并被應(yīng)用于航天探測和日常生活中,,使人類科技達到新的高度,。 愛因斯坦的時空彎曲理論對萬有引力有何修正之處? 牛頓的萬有引力定律是在絕對時空觀指導(dǎo)下得出的,,在低速系統(tǒng)中是適用的,,但在高速系統(tǒng)中則會產(chǎn)生誤差。 愛因斯坦的場論告訴我們,,引力造成時空彎曲,,在不同的參考系中,,時空是相對的,而非絕對的,。 此外,,愛因斯坦在狹義相對論中也介紹了速度對時間流逝的影響,即速度越快,,時間流逝越慢,;在重力系統(tǒng)中,重力越大,,時間流逝也越慢,。 因此,在發(fā)射衛(wèi)星,、探測器和進行宇宙航行時,,必須進行相對論的時空修正,否則導(dǎo)航和通信將無法準確進行,。 時間膨脹效應(yīng)可以通過以下公式表示: 狹義相對論速度時間膨脹公式: 公式中,,t'代表速度時間膨脹效應(yīng)值;t為低速系觀測者第一個時鐘記錄的時間,;v為第二個時鐘相對于第一個時鐘的速度,;c為光速。 廣義相對論引力時間膨脹公式為: 公式中,,T為引力時間膨脹效應(yīng)值,;t為低引力慣性系觀測者時間流逝值;G為引力常數(shù),;M為天體質(zhì)量,;r為天體半徑;c為光速,。 GPS導(dǎo)航系統(tǒng)是這一理論最典型的應(yīng)用實例,。由于導(dǎo)航衛(wèi)星以1.4萬公里的時速運行在2萬多公里的高空,其重力比地表小,,因此衛(wèi)星的時間每天比地表快45微秒,;而由于其高速運動,時間每天又慢了7微秒,。 綜合來看,,每天衛(wèi)星的時間比地表快38微秒。 1秒等于1000微秒,,對于日常生活來說微不足道,,但對于精確定位的導(dǎo)航系統(tǒng)來說,如果不進行相對論調(diào)整,每天將累積約10公里的誤差,。這樣的誤差顯然會使導(dǎo)航失準,。 因此,衛(wèi)星上的原子鐘需要進行頻率調(diào)整,,確保天地時間同步,才能實現(xiàn)精確定位與導(dǎo)航,。 綜上所述,,愛因斯坦的相對論只是讓我們更精準地認識到了世界的規(guī)律,他并沒有否定萬有引力,,更沒有“認為”萬有引力不存在,。 |
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