我们每时每刻都能感受到地球的引力,虽然我们不以为然,早就习以为常了。但不可否认的是,引力是我们能站在地面上的原因,如果没有引力,我们根本就不可能安稳地站在地球上。
但你没有想过,引力到底是什么?它是如何产生的?
一切还需要从让无数科学家着迷的东西说起:光!
毫不夸张地说,人类科学发展史就是对光本质的探索史,科学家对光本质的研究几乎贯穿了整个人类科学史。
说到对光的痴迷,就不得不提到一个人,他就是大名鼎鼎的爱因斯坦,正是对光的好奇,才让爱因斯坦提出了伟大的相对论。
那么,光到底有什么神奇之处呢?
先来做个思想实验。你驾驶一辆车,以100公里的时速行驶,想要车速更快,只需要踩油门就可以了,仪表盘上会清晰显示出汽车的速度。
打开车灯,车灯发出的光的速度是多少呢?
每秒30万公里。但是当你踩油门让汽车加速到时速120公里,车灯发出的光的速度还是30万公里每秒吗?
你或许会以为随着汽车速度的增加,车灯发出的光的速度也会随之增加,毕竟车灯是随着汽车一切加速的,你会认为加速的汽车会给光线额外的推动力。
但事实上并非如此,无论你如何加速或者减速,车灯发出的光的速度始终保持光速不变。而且无论你在什么地方测量,什么运动状态下测量,都是如此。
即便汽车的速度达到99%光速,在地面上静止不动的我看来,车灯发出的光的速度仍旧是光速,而不是199%光速,也就是光速加上汽车的速度。
这就是光速不变原理,光速是绝对的,它不需要参照系,与任何速度叠加之后仍旧是光速。
由于速度等于距离(空间)处于时间,如果想要光速保持绝对不变,意味着时间和空间必须改变,这样才能迎合光速的绝对性!
也就是说,时间和空间并不是绝对的,而是相对的,具有弹性的。随着速度的改变,时间和空间也会跟着发生改变。
这种颠覆性的思维方式让爱因斯坦敲开了通向相对论的大门。
具有弹性的时空结构就像弹性布料那样可以弯曲,折叠,拉扯甚至被撕裂。想象一下一个弹性布料上放置一个重球,布料就会发生凹陷,这时候在凹陷的布料上放置一个小球,小球就会感知到凹陷的布料沿着凹陷的方向运动,体现出来的就是引力。
也就是说,引力其实是不存在的,它只是时空弯曲的表象而已。
只不过用弹性布料来形象地描述时空弯曲其实并不严谨,网络上有很多这样的示意图,只不过是方便大家理解而已。
因为宇宙里没有上下的概念,并不存在“向下凹陷”的说法。更严谨地说,时空弯曲的方向是物体的质心方向。就像下面的动图那样。
简单总结就是:物体告诉时空如何弯曲,时空告诉物体如何运动!