理论教育 牛顿理论遇瓶颈?《宇宙的规则》揭示全新成果!

牛顿理论遇瓶颈?《宇宙的规则》揭示全新成果!

时间:2023-11-05 理论教育 版权反馈
【摘要】:19世纪初,天文学家发现,天王星的运行不太对劲,甚至有些反常,用牛顿的理论无法解释。于是他俩分别根据牛顿理论进行推算,算出了这个未知星体的轨道,也就是用牛顿理论定量地预言了一个星体的存在。这里我需要提示一下,这在科学史中很重要,可以说是牛顿和爱因斯坦各自理论的“生死对决”之处。是的,进动是必须的,但是水星进动的程度超过了牛顿理论的推算值。

牛顿理论遇瓶颈?《宇宙的规则》揭示全新成果!

至此大家有没有一种感觉,就是科学理论其实就是要往实验现象上凑。为了解释各种自然现象,大家就是各种拼凑。拼凑出一个理论解释现有的各种现象,不是一件非常牛的事儿,因为大家都可以牵强附会。比如你说苹果落地是因为万有引力,我可以说苹果落地是因为它对大地的爱;眼泪为何也会顺着脸颊往下流,那也是因为爱。按照这个思路,你也可以解释地球为何绕着太阳转,那是地球对太阳的爱,那地球为什么会自转呢?因为地球很自爱。

说这些不是纯粹开玩笑,就是想告诉大家,拼凑一个理论解释现有的自然现象,不是一件非常牛的事儿。

既然牛顿没有了解引力的本质,而且拼凑理论本身也不是最牛的,那什么是最牛的呢?就是所构建的理论不但能够解释已知的现象,还可以准确地预测未知的现象;而且如果能定量地预测,那就牛到牛顿了。

19世纪初,天文学家发现,天王星的运行不太对劲,甚至有些反常,用牛顿的理论无法解释。难道牛顿错了吗?有两个年轻人——勒维耶和亚当斯,坚信牛顿没错。但天王星为何反常呢?一定是有一个未发现的大星体干扰了天王星的轨道。于是他俩分别根据牛顿理论进行推算,算出了这个未知星体的轨道,也就是用牛顿理论定量地预言了一个星体的存在。天文台按照他俩的计算数据,果然在预测位置发现了一颗星体,这就是海王星。

那一刻,无论你是否认同牛顿的人品,是否认同他的思想,你不得不服,牛顿太牛了。这就是为什么牛顿成了人们膜拜的对象,确实很牛,牛人。

但是,牛顿并不是每一次都那么神。天文学家发现水星的轨道也有异常,具体来说就是水星进动。这里我需要提示一下,这在科学史中很重要,可以说是牛顿和爱因斯坦各自理论的“生死对决”之处。这里先讲讲啥叫“进动”。大家都知道,八大行星都是沿着椭圆轨道绕着太阳在转动。但严格来说并非如此,因为行星绕太阳转的同时,这个椭圆轨道的长轴也略有转动。为什么?因为行星不但受到太阳的引力,同时还受到其他行星对它的引力。(www.daowen.com)

5-6 水星进动

简单来说,本来水星绕太阳做着完美的椭圆运动,但木星、金星、地球之流也用质量诱惑人家,搞得水星心猿意马,但又摆脱不了太阳,于是椭圆轨道不断发生偏离,形成了所谓“进动”的天文现象。说到这里,马上有人反应过来,地球是不是也会“进动”呢?当然,只不过“进动”程度非常小,而水星相对大,所以就被天文学家刻意关注了。

既然水星进动是由其他行星引力造成的,一切就都符合牛顿理论,还有什么异常可言呢?没有进动反而是异常的。是的,进动是必须的,但是水星进动的程度超过了牛顿理论的推算值。这不就异常了吗?难道牛顿错了?怎么可能呢?于是预言海王星的勒维耶又故伎重演,说在水星附近肯定有一个没发现的小行星,影响了水星的轨道。而且勒维耶又如法炮制地算出了这个小行星的轨道,让天文台去观测寻找,结果是啥都没看见。

这回牛顿是真的错了,牛顿不是神,他是一个伟人、一个巨人,但他也会犯错。用爱因斯坦的话说:他已经做到了那个时代最棒的程度了。

水星进动的真正解决,还要等到广义相对论的横空出世。在广义相对论中,时空不但是互相影响的,而且整个时空还是弯曲的。在这里,已经没有了引力,只有弯曲的时空。地球为何绕太阳转,不是因为爱,也不是因为万有引力,而是因为时空本来就是弯的,不这样绕着走就不行,而且这样走对地球来说也是最省劲的。大家有没有感觉到,一个大神又诞生了。他就是阿尔伯特·爱因斯坦,他在广义相对论中引入的弯曲时空震动了人类的智慧、挑战了人类的智商,而且这个弯曲时空并非是静态的,一旦宇宙中有风吹草动、星入黑洞,这个时空弯曲的程度就会发生变动。此变化犹如涟漪、好似清波,一波一波地向四周扩散,它就是传说中的引力波

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