相對論中的空間扭曲怎麼理解?
學習了牛頓力學後,我們總是很難理解愛因斯坦廣義相對論中的空間是個什麼東西。空間不是一種虛無的東西嗎?它為什麼還能扭曲?還因為扭曲而產生了萬有引力?這實在是難以理解。
而經過長期的思考和理解才發現,這其實是兩種理論中的不同的事物,而只是因為它們名字相同,淵源頗深,才給我們帶來了極大的誤解。
事實上,牛頓力學中的空間主要是一種模型,它是一個無限延展的,絕對均勻、處處一致的理想化的概念,一個坐標系,它延續了經典科學的思想,從它身上可以看到數學思想的烙印。
單就這個概念框架來說,牛頓和愛因斯坦是沒什麼不同的,在經典物理和相對論中是可以統一的。
它僅僅是一個三維坐標系而已。
而下面才是它們的不同之處。
牛頓在創建他的理論時認為,我們的真實物理世界就是這樣的理想模型,和這個概念模型是完全一致的。所有的物質都被安放在這樣一個處處一致的模型之內。
而愛因斯坦則認為,我們的真實物理世界就好像是果凍一樣的東西,它可以被擠來擠去發生形狀的變化,身處其中的物質就會跟著被擠來擠去,彎曲的果凍產生了引力。所有的物質都被安放在這樣一個擠來擠去的模型之內。
如果回想一下,我們就會發現,愛因斯坦的想法跟經典理論中的以太的觀念是很相似的,「以太」充滿了「空間」,牛頓的「空間」。
只不過在經典理論中,以太是為了解決傳播電磁波的介質問題而產生的,它仍然處處一致。基於這樣的思想建立的以太,人們檢驗了光速的變化,他們失敗了。
而愛因斯坦的以太則不是那麼均勻了,它會擠來擠去!光仍然在「以太」中傳播!而不是在真空中傳播!牛頓的空間才叫真空,理想的「真空」!
我們仍然生活在一個充滿以太的世界中!或者說這可能是一種場。不管它叫什麼,這實際上無所謂,只不過是一種代號。重要的是它的內涵:就是無限的空間中有一團果凍,我們的物質、粒子、光,等等,都在這果凍之中。
宇宙就是這個果凍本身。
而整個宇宙,又都處在牛頓的空間之中,一個三維坐標系中。至於你要問:那宇宙外面是什麼?不好意思,這目前還無法解答。沒人知道,只能猜測,或許是平行宇宙,或許是「真空」,或許是神的地盤。
那麼總結起來,這樣理解可能會更好:
牛頓口中的空間是一個坐標系,但他錯誤地認為,宇宙就是這個坐標系本身。
愛因斯坦口中的空間是一團雲霧,以目前的理論和實踐檢驗來說,我們確實生活在這團雲霧之中。雲霧之外有什麼我們還不知道。
將這兩種概念區分開來,也許更有利於理解這兩種理論和思想。從而使知識更好地傳播,幫助人們發現真理。
對於牛頓來說,他的理論可能是錯誤的,不符合實際的,但這不能掩蓋它思想上燦爛的光輝,我們仍需向其學習科學思想的精髓。


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