相对论表明引力本质是时空弯曲,为何不用时空弯曲彻底取代引力?

按照广义相对论的诠释,引力的本质是时空弯曲,所谓的引力只是时空弯曲的表象而已。但在现实生活中,牛顿的引力理论仍旧与我们形影不离,既然时空弯曲才是引力的本质,为何不用时空弯曲彻底取代引力呢?

俗话说得好,不管黑猫白猫,抓着老鼠就是好猫。不管什么理论,只要足够简洁,与实验数据相吻合,能为人类所用,就是好理论。

相对论表明引力本质是时空弯曲,为何不用时空弯曲彻底取代引力?

不管是爱因斯坦广义相对论中的时空弯曲,还是牛顿的万有引力理论,它们都在各自领域范围内发挥着作用,目前来看没有哪个是不可替代的。

从物理学方程来看,相对论场方程显然比牛顿万有引力方程更精确,适用范围更广,同时更能解释万有引力解释不了的“高速强引力场”状态下的实验观测数据。

说白了,万有引力能解释的,广义相对论也能解释。而万有引力不能解释的,广义相对论同样能解释。

相对论表明引力本质是时空弯曲,为何不用时空弯曲彻底取代引力?

万有引力只是广义相对论在低速低引力状态下的近似值,是一种特例。在低速低引力世界,万有引力理论与广义相对论的描述是一致的。

在低速环境下,万有引力的计算结果与广义相对论的差距微乎其微,并不能算错。更重要的是,万有引力理论更为简洁,仅仅是“平方反比定律”,简单实用。而广义相对论虽然更精确,但需要更为复杂的10阶方程才能计算出来。

相对论表明引力本质是时空弯曲,为何不用时空弯曲彻底取代引力?

对于生活在低速世界的人类来讲,最重要的当然是简单实用,这时候牛顿的万有引力定律的优势就凸显出来的,微乎其微的差异在大多数时候都可以忽略不计。这也是为什么如今不管是火箭上天,还是发射卫星,牛顿定律仍然占据绝对统治地位。

一般来讲,只要速度不超过光速的十分之一,都无需考虑相对论效应。只有当速度超过光速的十分之一了,才需要考虑相对论效应。

显然,对于生活在地球的我们来讲,平时经历的速度与光速相比相差太大了,地球引力也属于弱引力场,所以大多数时候都没有必要用广义相对论来思考问题。

另一方面,从哲学层面来讲,科学其实是一种实用主义,我们需要精确的数据,但相比精确的数据,我们更需要简单实用。

相对论表明引力本质是时空弯曲,为何不用时空弯曲彻底取代引力?

同时,时空弯曲虽然诠释了引力的本质,但它也是不完美的,它并没有诠释自然界其他基本作用力,而且只是在宏观上诠释了引力的本质,并没有从微观上加以诠释。这也是为什么物理学家一直在苦苦寻找引力子,试图从微观领域诠释引力的本质。

这说明,认知理解世界的方法并不仅仅只有一个,每个人都有自己的一套思维方式方法。广义相对论中的时空弯曲虽然很精确,但也并不完美。广义相对论与量子力学存在矛盾,两者并未统一。

所以,问题的核心并不在于时空弯曲为什么没有取代引力的问题,核心在于为什么很多理论能够共存?很明显,大统一理论还没有被发现,这也是科学家们努力的目标!

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