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什麼是廣義相對論?怎樣才能推翻它?這就得問水星了
2023/03/16

1916年,愛因斯坦正式發表論文,提出了廣義相對論,從此,人類由牛頓的時代跨入了愛因斯坦的世界。

廣義相對論的提出,使物理學上的很多問題迎刃而解,那麼到底什麼是廣義相對論,它又解決了哪些問題呢?首先,廣義相對論提出了等效原理,它告訴我們引力和加速度是等效的,我們可以通過一個思想實驗來說明這一問題。假設我們現在在一部封閉的電梯之中,將手中的這部手機脫手,會發生什麼呢?手機會向地面墜落。那麼手機為什麼會墜落呢?你可能會說是因為引力,沒錯,但還有另外一種可能。

假設我們現在處于一個沒有引力的空間之內,此時電梯正在高速向上做加速運動,手機同樣也會向下墜落,而處于封閉電梯之中的我們是無法判斷這部手機的墜落到底是因為引力還是因為電梯的運動,由此可以得出結論,引力和加速度是等效的。

一個現實的例子就是蹦極,當我們向下跳的時候,同時受到一個向下的引力和一個向上的慣性力,所以我們會產生飄在空中的錯覺,這就是失重。除了等效原理之外,廣義相對論還對引力進行了新的解釋。

在牛頓的萬有引力理論之中,物體的運動與質量是直接相關的,因為有質量所以產生引力,而引力會導致物體運動。

而廣義相對論在質量與運動之間又加入了一個元素,就是時空彎曲。廣義相對論認為引力的本質并不是一種力,而是一種幾何效應,是質量使時空發生了彎曲,而時空彎曲導致了運動的發生。顯然,廣義相對論并不像萬有引力那樣接地氣,這也是它始終伴隨著質疑之聲的原因。

對廣義相對論的質疑之聲雖然存在了100多年,但想要推翻它卻并不容易,因為廣義相對論不僅理論完備,而且已經有大量的實驗可以證明,想要推翻它,首先你就得問問水星是否答應。

在太陽系之中,行星圍繞太陽呈橢圓形軌道運動,然而這個軌道并不是固定不變的,它的長軸會隨著時間不斷變化,這種現象就被稱之為「進動」,在太陽系的所有行星之中,水星的進動是最為明顯的,通過觀察可知,水星每100年會進動5600″。水星為什麼會進動呢?自然是因為太陽系中其它天體的引力影響,既然如此,就可以通過萬有引力定律來計算這一問題。

然而,根據萬有引力定律計算得出的水星進動值為每100年5557″,這比實際數據差了很多,由此可以證明萬有引力只是巨觀低速環境下的特定規律。

在廣義相對論誕生之后,人們通過相對論公式來計算水星進動,結果絲毫不差,這成為了廣義相對論最有力的實驗證據之一。水星進動值的計算只是廣義相對論諸多實驗證據之中的一個,除此之外,還有引力波實驗、引力紅移實驗、引力透鏡實驗等。

當然,并不是說廣義相對論是不可推翻的,只是說它現在看起來非常完備。

想要推翻廣義相對論,不僅要能夠提出一個更為完備的理論,還要擁有充足的實驗證據,只是憑借臆想而去質疑是完全沒有說服力的。我們鼓勵質疑,因為科學的本質就是質疑,人類科學的進步也是在不斷質疑的過程中向前邁進的,但只有以嚴謹的科學實驗為證據的質疑才是有意義的。

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