第五十一章：关于牛顿引力和爱因斯坦引力理论的几点意见在开篇，我要先跟大家说，我更希望你试着去理解本文的思路，而非本文的结果。因为这样的思路，是大家平时所忽略的。爱因斯坦还说过这样一句话，估计很少有人听过：“创新不是由逻辑思维带来的，尽管最后的结果需要一个逻辑框架。”我们去学校学习什么？你把你孩子送去学校是为了什么？千万不要讲成功，因为成功的路上有千军万马，而且手段大都相同。你真的想你自己的孩子将来这样吗？还是用爱因斯坦的一句话来说为什么：“不要企图成为一个成功的人，而要努力成为一个有价值的人。”好了，接下来回到正文，跟我的思路一起走进这次思想之旅。题目是关于牛顿引力和爱因斯坦引力理论的几点意见。这两种理论，众所周知，教科书上都学过。这两位人物也是物理史上不可多得的天才。但他俩的理论是不相容的，矛盾的。这也是我们熟悉的。我经常说：我们的问题永远没有最后一个。要搞清我题目的内容，就要搞清楚整个宏观物理学的内容，我来问大家开篇的第一个问题。牛顿理论和爱因斯坦理论的根基是什么？整个宏观物理学的根基是什么？搞不清楚这个问题，很多问题费再大的力气，都是白搭的。无论你是什么学历，男人或女人，给一个答案吧。3分钟已过，不等你了。我给出我的思考，答案是惯性！你没有看错，就是我们初中就开始接触的物理知识惯性。为什么惯性理论是整个宏观物理学的根基，我来给你分析一下。牛顿第一定律，就是惯性定律。一般的表述如下：任何物体都要保持匀速直线运动或静止状态，直到外力迫使它改变运动状态为止。就是这样的一句话，无比重要。可能你远远没有意识到它有多重要。上过高中物理的人，都清楚，牛顿第一定律，是牛顿第二，第三定律的基础。而牛顿三大定律，又是牛顿引力理论的基础。这是惯性在牛顿理论中的地位。再来说惯性在爱因斯坦理论中的地位。狭义相对论的前提条件有两个，分别是狭义相对性原理和光速不变。而广义相对论的前提，也有两个。分别是广义相对性原理，和等效原理。可能有同学看到这里，会忍不住问了：“这和惯性有啥关系呢？”关系大了。我这样问大家：“狭义相对性原理到广义相对性原理，涉及到啥概念？”很明显是参考系啊。有惯性参考系，有非惯性参考系。狭义相对性原理拓展，就到了广义相对性原理。所以说广义相对论必须是基于狭义相对论的。如果狭义相对论被证明是错误的，那么广义相对论肯定就错了。还有一个重要的点，就是等效原理。熟悉爱因斯坦是如何建立广义相对论的人，或者看过我这本科普书籍变化的人，都知道，我在前几章说过这样一个事情。爱因斯坦就是抓住引力质量和惯性质量严格相等这个事实，受到启发，才得到等效原理。大家看到了吧。为什么说整个宏观物理学的根基是惯性，答案就不言而喻了。可是真的造化弄人。惯性理论是整个物理学的根基，我们竟然不清楚惯性到底是如何产生的！如果你看到了这里，你总算把当初学校没有认识到的问题，今天找了回来了。人的一生应该知道一些事情，这个事情我认为就是应该知道的。很多人会问：“那这么低级的问题，爱因斯坦没有认识到吗？”他当然认识到了，所以他批评过牛顿第一定律。说有循环论证嫌疑。大概就是这样说牛顿的：“你这个理论建立在不受外力影响的参考系上，可是由于万有引力的缘故，不受外力影响的参考系存在吗？所以你这不是无根之基吗？”爱因斯坦的怀疑没有错，但他也没有办法。不过这里提一下，马赫这个人提出一个观点，大意是惯性是全宇宙物质的作用。这个观点也启发过爱因斯坦。但它理论的速度是超距的。这是我反对的。我自己思考的是这样的。新的惯性定义：在引力场中，物体总保持当下运动状态的性质叫惯性。根据新的惯性定义，牛顿第一定律应该是这样的：在引力场中，物体所受外力为零的时候，总保持当下运动状态的运动，叫惯性运动。牛顿第一运动定律为后续定律准备了概念并定性阐明了力和运动的关系。特别地，第一定律中所述的“物体不受外力作用时的运动状态”和第二定律中的物体所受外力矢量和为零（合力为零）这一运动状态不同，不能把第一定律当成第二定律在时的特殊情况，因为肯定导出加速度，但 的运动只能由第一定律本身彻底阐明其为惯性运动（静止或匀速直线运动）。第一定律是完全独立的基本定律，用其解决的问题，别的任何规律都无法解决，第二、第三定律根本不能取代第一定律。而且我在前面几章写道过：“引力是惯性的源泉。”就是说惯性的本质产生原因是引力，是引力场。有了上面的铺垫，我们现在回到主题：关于牛顿引力和爱因斯坦引力理论的几点意见。说白了，就是两种理论需要对比理解，看看能得出什么？牛顿万有引力大家都熟悉，公式：F= GMm/ r2。G为引力常数，等于G=6.6710 Nm/kg。爱因斯坦关于引力的理论，大家普遍认为是广义相对论。公式如下图：其中G_uv称为爱因斯坦张量。R_uv是从黎曼张量缩并而成的里奇张量，代表曲率项，表示空间弯曲程度。 R是从里奇张量缩并而成的标量曲率(或里奇数量)g_uv是从(3+1)维时空的度量张量；T_uv是能量-动量-应力张量，表示了物质分布和运动状况。 G是引力常数， c是真空中光速。整个方程式的意义是：空间物质的能量-动量（T_uv）分布=空间的弯曲状况（R_uv）。大家就记住这句话比较靠谱。因为据说能解开这个方程的人，都是天才。比什么门萨会员啥的，强很多。我本人没有学过这个方程，这个我在前几章就说了。世界上，目前关于这个方程的解，寥寥无几。大家熟悉的有一个叫史瓦西解，一个叫克尔解。其他解就不介绍了，感兴趣可以去看看我在本书前面几章的内容。接来下我们开始对比分析：一、两个理论都是引力理论，谁的理论更靠谱？我们现在熟悉的还是牛顿引力理论。计算一个人和另一个的人的引力值，多数是用牛顿引力来计算。你肯定没有见过谁可以用广义相对论来计算出一个人和另一个人的引力值。为什么会这样啊。广义相对论不是引力理论吗？怎么就不能计算？我先这样给大家回答。通常情况下，两个引力理论没有谁更靠谱的说法。只有适用范围不同的说法。即牛顿引力适用于低速运动的物体情况。广义相对论就不同了，高速运动情况下也可以。而且两个理论的背景不一样。牛顿是绝对时空，爱因斯坦的是相对时空。按理说广义相对论应该是引力理论的升级版，更高级。但就简便性，适用性，牛顿引力理论明显强于广义相对论。广义相对论是一个二阶张量非线性方程，上面说了，能给出解的人都是天才了。拿这个去计算一个人和另一个人的引力值，目前还没有人做到这点。当然你可以试试。但为什么又说它是高级引力理论呢？是因为广义相对论也是有实验基础的。有4大验证：1、 在水星近日点的进动中，每百年43秒的剩余进动长期无法得到解释，被广义相对论完满地解释清楚了。2、 光线在引力场中的弯曲，爱丁顿和戴森的观测队利用1919年5月29日的日全食进行观测的结果，证实了广义相对论是正确的。3、再就是引力红移，按照广义相对论，在引力场中的时钟要变慢，因此从恒星表面射到地球上来的光线，其光谱线会发生红移，这也在很高精度上得到了证实。从此，广义相对论理论的正确性被得到了广泛地承认。4、 引力波。这是最新的验证。这些验证足以说明，广义相对论是正确的理论。但大家注意，我说广义相对论是正确的理论。我之所以这样强调，是因为接下来，我说的是你平时没有想到的。二、 广义相对论中时空弯曲产生引力的说法靠谱吗？牛顿引力的背景时空的绝对的。即绝对时空观认为时间和空间是两个独立的观念，彼此之间没有联系，分别具有绝对性。绝对时空观认为时间与空间的度量与惯性参照系的运动状态无关，同一物体在不同惯性参照系中观察到的运动学量（如坐标、速度）可通过伽利略变换而互相联系。这就是力学相对性原理：一切力学规律在伽利略变换下是不变的。而广义相对论却不是的。有一个图，请大家看看。这个图大家熟悉吧。肯定熟悉，因为全网这个图太多了。广义相对论解释引力产生的原因是：时空弯曲产生引力。于是就有了这个图，便于大家理解。牛顿关于引力产生的根本原因，其实是没有答案。和惯性一样，牛顿认为这是物质固有的属性。不要问为什么，本来就这样。大概就这个意思。爱因斯坦就是认为不是物质的固有属性，是时空弯曲产生引力。各位这个区别，是根本的！是目前，大家普遍的认识，普遍有的科普印象。可以说已经根深蒂固了。可是我认为这个理解有问题！有大问题！引力是由时空弯曲产生的。我不知道这个解读是谁第一个这样解释的。如果是别人，那么我认为错了。如果是爱因斯坦本人，我也认为他理解自己的理论偏颇了。再次强调，广义相对论是正确的，但广义相对论这样来解释引力的成因，值得怀疑。解释不通，也无法想象。人一定要站在可以想象的地方，去想象。这是一个真理！以时空弯曲去解释引力成因，注定是无解。看到这里的人，我想问你：“时空弯曲产生引力，你能理解吗？你能想象吗？”这里面的问题，你如果细细的盘算，越盘算越迷糊。根本就不正确。用时空弯曲去计算引力，引力是不可计算的。时空能量处于变化之中，时空弯曲也不稳定。具体到一个物体，更是难以想象。这个问题我一直在思考。广义相对论这个方程的意义：空间物质的能量-动量（T_uv）分布=空间的弯曲状况（R_uv）。时空是弯曲的，但不是时空弯曲产生引力。空间物质的能量-动量（T_uv）分布等于空间的弯曲状况（R_uv），是在描述空间的状态，不是说空间的弯曲状况（R_uv）产生了引力。等于和产生是两个概念，人们就是受时空背景影响而产生这样的推理。我们更应该把它理解为现实宇宙的指向。即（T_uv）分布指向R_uv时空曲率，所以可以将此理解为能量物质告诉时空如何弯曲。时空弯曲又告诉物质能量如何运动。这个理解是正确的。所以答案就清晰了。说广义相对论是引力理论是没有错的。但广义相对论本质上更是时空理论。所以引力的本源是时空！引力产生的原因是物质时空。物质时空会因为引力而弯曲，但不是时空弯曲产生引力。甚至如果单单说时空弯曲能产生引力的话。就有这样的理解，力是凭空产生的！因为时空弯曲没有实质性“发力”点。上面的那个图能展示时空弯曲，和物体或星球运动轨道，但不能代表引力产生的示意图。所以对广义相对论的错误解读，会导致理论的停滞不前。再强调一遍，广义相对论是正确的理论，但与其说广义相对论是引力理论，不如说它是时空理论。这也是它和牛顿理论的根本区别。而且广义相对论是时空理论，必然包含了关于引力的部分。所以广义相对论的方程，也可以叫做宇宙方程。但叫引力方程有点勉强。三、 为什么说广义相对论是时空方程？为什么这样说，很明显。广义相对论描述的是一个四维时空。包含时间和空间。而包含时间，就必须牵涉到速度问题，而速度问题，又牵涉到运动问题。物质运动又会牵涉到物质分布问题，牵涉到物质，就必须想到引力。所以大家看到了，这是一个很有囊括性的理论。所以与其说是引力理论，不如说是时空理论。这个点，要展开讨论，在写几万字也写不完。最后再给大家总结一下本章的重点。1、惯性问题才是物理学根基。2、时空弯曲不能产生引力。能产生引力的理解，都是误解。时空才产生引力，即引力是时空性质。具体再深入研究，我个人认为希格斯场的理论，会对引力理论提供根本上的新助力。期待此理论的发展！2、广义相对论是时空理论，牛顿理论也是。但是是完全不同的。我们问题永远没有最后一个！但今天就写到这里。理解宇宙的路还很长。个人的能力又有限。期待更多人去解这些东西。 生命在于运动，生命更在于探索！ 灵遁者摘自独立学者，科普作家，艺术家灵遁者科普书籍变化