爱因斯坦并没有彻底颠覆万有引力的概念,他只是提供了一种更深刻的洞察力,借助他的场方程,万有引力的实质得到了更精致的阐释。



同时,他修正了牛顿经典力学中的某些缺陷,让我们的视野更加贴近现实世界的本质。

牛顿对万有引力的描述可以用一个简洁的公式表示:



这说明两个物体之间的引力F与其质量M和m以及引力常量G的乘积成正比,与它们之间距离r的平方成反比。

这一定律至今仍被广泛应用于多个科学领域和实践活动中,如三个宇宙速度的计算,便是基于这一定律得出的。

正是依赖这三个速度,人类才能成功发射人造天体,脱离地球的引力束缚,飞向广阔的宇宙空间。

爱因斯坦的广义相对论揭示了引力的本质。



尽管牛顿万有引力定律揭示了自然界中一种普适的力并探索了其规律,但它并未解释这种力的来源或存在原因。

因此,它停留在知道是什么但不知道为什么的阶段。

虽然这看似只是向前迈出的一小步,但得出的结论足以彻底改变我们对宇宙的认知。

爱因斯坦广义相对论认为,质量是引力的来源,物体的质量导致其周围的时空发生弯曲。



如同石头投入水中或鱼在水中游动,会引发涟漪或漩涡,从而影响周边物质的运动。

不论物体大小,都会产生这种时空扰动。

这种扰动会形成时空漩涡或陷阱,它会影响处于其中的其他物体的运动,表现为物体间的相互吸引,即引力现象。

小质量物体的引力很微弱,不易观测,而大质量天体的引力则非常显著。

天体质量越大,其时空漩涡越激烈,小物体经过时就会陷入其中,仿佛被大天体所吸引。



大质量天体产生的引力弯曲时空,甚至能使经过的光线偏折,例如太阳附近经过的光线会被其质量弯曲。

爱因斯坦这一预言在广义相对论发表后不久便得到了科学界的证实。

为了验证时空弯曲理论,1919年,英国皇家科学院派出两队科考人员,一队前往西非普林西比,另一队前往亚马逊雨林,这两个地方是日全食的最佳观测点。他们证实了爱因斯坦关于星光在太阳边缘会发生1.74角秒偏折的预言。



爱丁顿在日全食期间的观测证实了爱因斯坦的预言,这成为科学界的重大突破。

爱因斯坦在得知这一消息时,仅以一句俏皮话回应:“我并不惊讶,如果测得的结果不是这样,对上帝来说就太遗憾了。”

这正是科学巨匠对自己研究成果的自信与风范。

当天文学家戴森在英国皇家科学院的报告中宣布:“经过认真分析,无可置疑地证实了爱因斯坦的预言。”

这一宣告引起轰动,广义相对论从此闻名于世,成为现代物理学的基石。

广义相对论的场方程还预测了黑洞、引力波、时间膨胀、引力透镜等现象,这些预测相继得到证实,并被应用于航天探测和日常生活中,使人类科技达到新的高度。

爱因斯坦的时空弯曲理论对万有引力有何修正之处?

牛顿的万有引力定律是在绝对时空观指导下得出的,在低速系统中是适用的,但在高速系统中则会产生误差。



爱因斯坦的场论告诉我们,引力造成时空弯曲,在不同的参考系中,时空是相对的,而非绝对的。

此外,爱因斯坦在狭义相对论中也介绍了速度对时间流逝的影响,即速度越快,时间流逝越慢;在重力系统中,重力越大,时间流逝也越慢。

因此,在发射卫星、探测器和进行宇宙航行时,必须进行相对论的时空修正,否则导航和通信将无法准确进行。

时间膨胀效应可以通过以下公式表示:

狭义相对论速度时间膨胀公式:



公式中,t‘代表速度时间膨胀效应值;t为低速系观测者第一个时钟记录的时间;v为第二个时钟相对于第一个时钟的速度;c为光速。

广义相对论引力时间膨胀公式为:



公式中,T为引力时间膨胀效应值;t为低引力惯性系观测者时间流逝值;G为引力常数;M为天体质量;r为天体半径;c为光速。

GPS导航系统是这一理论最典型的应用实例。由于导航卫星以1.4万公里的时速运行在2万多公里的高空,其重力比地表小,因此卫星的时间每天比地表快45微秒;而由于其高速运动,时间每天又慢了7微秒。



综合来看,每天卫星的时间比地表快38微秒。

1秒等于1000微秒,对于日常生活来说微不足道,但对于精确定位的导航系统来说,如果不进行相对论调整,每天将累积约10公里的误差。这样的误差显然会使导航失准。

因此,卫星上的原子钟需要进行频率调整,确保天地时间同步,才能实现精确定位与导航。

综上所述,爱因斯坦的相对论只是让我们更精准地认识到了世界的规律,他并没有否定万有引力,更没有“认为”万有引力不存在。

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