一百多年前,愛因斯坦提出了極具顛覆性的廣義相對論,第一次詮釋了引力的本質(zhì)。廣義相對論指出:并不存在所謂的引力,引力的本質(zhì)其實(shí)是時空彎曲,也就是說,引力其實(shí)只是時空彎曲的表象而已。
那么,問題來了,既然引力并不存在,為何直到今天我們還在學(xué)習(xí)運(yùn)用萬有引力呢?為何不用時空彎曲徹底取代引力呢?
其實(shí)原因很簡單。科學(xué)的目的是什么?并不是故意制造一些晦澀難懂的公式,進(jìn)而顯得高大上,科學(xué)的最終目的是為人類服務(wù),是講究實(shí)用性的。
我們經(jīng)常聽到這樣一句話:不管黑貓白貓,能抓住老鼠就是好貓。這句話能充分詮釋科學(xué)的實(shí)用性,科學(xué)是為人類日常生活服務(wù)的,而不僅僅是理論。
而愛因斯坦的時空彎曲和牛頓的萬有引力理論,兩者并不矛盾,而且在各自的領(lǐng)域都發(fā)揮著重要作用,可以說是完美地互補(bǔ)。
從公式來看,相對論場方程比牛頓的萬有引力方程更精準(zhǔn),適用的范圍也更大,尤其是在高引力場和高速度情況下,優(yōu)勢更明顯。這意味著廣義相對論中的時空彎曲要優(yōu)于牛頓的萬有引力詮釋。
時空彎曲,讓人類對宇宙有了全新認(rèn)知,以一個全新視角看待周圍的世界。
但是,并不是說萬有引力就“一無是處”了,很多時候恰恰相反,如今統(tǒng)治我們?nèi)粘I畹娜耘f是萬有引力,雖然它沒有廣義相對論那么精確(時空彎曲),因?yàn)槲覀兙褪巧钤诘退俚鸵κ澜?,而在這樣的世界里,萬有引力與時空彎曲的描述基本是一致的。
雖然萬有引力是廣義相對論的近似解,但在低速世界并不能算錯,差距是微乎其微的,而相對于廣義相對論的10階方程,萬有引力簡單的“平方反比”更簡單實(shí)用。
舉個例子就明白萬有引力與廣義相對論(時空彎曲)之間的關(guān)系了。比如說一桶桶裝水40斤,要搬到你家的五樓,成年男子基本都可以做到,如果你不想自己搬,花10塊錢讓別人也能輕松搞定。
但你非得不那樣做,非得找一臺起重機(jī)把桶裝水運(yùn)到你家,這不就“大材小用”了嗎?的確,起重機(jī)也能做到,但你認(rèn)為有必要嗎?
簡單講,適用的才是王道??茖W(xué)雖然是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)科,但歸根結(jié)底要應(yīng)用到我們?nèi)粘I钪?,而生活中我們更需要簡單明了的東西,而不是復(fù)雜的東西。
而牛頓的萬有引力定律在我們的地球上基本都能適用,我們平時經(jīng)歷的速度和引力場都非常小,這也是為什么如今不管是發(fā)射火箭,衛(wèi)星,任何探測器,都是用到牛頓的萬有引力定律,而不是廣義相對論。
只有在研究黑洞等大型天體時,廣義相對論才會派上用場。只要不離開地球,萬有引力定律就比廣義相對論更適用。
當(dāng)然,要求比較精確的設(shè)備,比如說衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),必須足夠精確,這時候就必須考慮到速度和引力對時間的影響,必須用相對論才可以。