引力究竟是如何產(chǎn)生的,實際上物理學(xué)界并沒有實證解釋。愛因斯坦對引力進(jìn)行了宏觀本質(zhì)的詮釋,即引力是時空的幾何。但可能大眾對這個解釋不大滿意。這里我來說下自己的理解。
我們可以從這么兩個角度來理解引力產(chǎn)生的機制:
實際上愛因斯坦提出的等效原理里面就暗含否定了上面這種“膚淺”的解釋,即被動萬有引力質(zhì)量與慣性質(zhì)量等效(但為什么等效到現(xiàn)在仍然是個謎),也就是說即便質(zhì)量不產(chǎn)生引力或沒有引力作用,那么通過觀察慣性運動,也還是可以確定質(zhì)量的。所以在等效原理的本質(zhì)沒有得到解釋的前提下,無法完全證明質(zhì)量與引力之間的必然關(guān)系。[頭條·小宇堂]
上圖:強等效原理(左),即引力效應(yīng)與加速運動等效;弱等效原理(右),即自由落體與無引力等效。強等效原理暗示(但非證明)引力與加速運動的關(guān)系,同時也更進(jìn)一步凸顯了質(zhì)量與引力根源的迷局。
要理解時空密度并不太容易,可以這樣來引導(dǎo)思考:
運動的空間是時空
空間以不同速度運動,在單位時間內(nèi)通過的空間量的不同,造成了空間密度的變化;
空間以不同加速度運動,相當(dāng)于在單位時間內(nèi)通過的時空的量不同,造成了時空密度的變化;
加速運動的時空,則相當(dāng)于時空密度變化的速度增長,這個增大的幅度或許可以叫做時空密度的梯度。
上圖:一個靜態(tài)的示意圖大概是這樣的,但可以認(rèn)為空間隨著時間的流逝還在不斷地向質(zhì)心加速運動(不得不說,空間匯聚到一點并不會讓空間變少了,這個不是日常物質(zhì)損耗的概念)。
所以引力場所占據(jù)的空間應(yīng)該被視為一個空間不斷向質(zhì)心匯聚的時空,也就是說空間在向質(zhì)量中心不斷地非線性地加速塌陷,一個有質(zhì)量的物體周圍的空間向內(nèi)加速蹋縮將其他物體向自己的質(zhì)心處運送,形成了吸引的現(xiàn)象。質(zhì)量越大,這種加速度就越大,這個空間的加速度即可被視為是引力加速度。最典型的例子是黑洞(見下圖):
上圖:一個黑洞周圍空間不斷向黑洞的奇點加速匯聚。
時空的密度=加速運動的空間,這個解釋可能能夠同時解釋愛因斯坦的強等效原理和引力的產(chǎn)生機制。強等效原理指出有質(zhì)量物體在引力場中的運動與該物體作加速運動的效果無論用多精確的儀器檢測都看不出差別。個人認(rèn)為這兩者的共同點在于都可以視為是空間加速造成。這可以算是一個比較合理的解釋。
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