为什么会有引力引力是空间弯曲还是能量场物质和能量的关系

我要新鲜事2023-12-11 20:28:350阅

物理学中存在一个至今无法完全解释的力学现象，即万有引力。爱因斯坦将引力定义为大质量物体对空间的弯曲，类比于在一个平坦的网状结构上放置一颗有质量的球，球会扭曲网格形成漏斗状，而另一颗小质量球进入时，将沿着弯曲的切线运动，形成旋转轨道。

一、为什么有质量的物体会扭曲空间仍然没有得到完整解释

我们知道引力的强度与质量和距离有关，质量越大、距离越近，受到的引力越强。引力透镜原理表明引力不仅影响有质量的物体，还会影响无静质量的光，因此引力作为空间弯曲的理论得到了广泛认可。然而，即使我们将引力归因于空间弯曲，为什么空间会弯曲呢？换句话说，为什么质量会影响空间的平坦性？从各种天体引力的强弱来看，体积对天体几乎没有影响，体积与引力之间的关系仅仅取决于物体之间的距离限制。例如，体积相对较小的黑洞和中子星与超大质量恒星相比，引力强得多。在相同体积下，质量的大小决定了引力的强弱，也可以理解为在相同距离下，质量的大小影响引力的强弱。

二、为什么质量会产生引力

我们需要弄清楚一个问题，即质量是什么？质量可以理解为物质的总量，我们所说的质量单位只是我们自己的定义。换言之，质量只是计量物质的工具。如果我们将一个质子的质量定义为1，那么10个质子的质量就是10。这与我们所说的千克、克没有本质区别。换句话说，质量实际上是构成物质微观粒子的总和。

三、物质的本质是什么

从初中开始，我们就学习了爱因斯坦的质能公式，简单来说就是E=mc²。这个公式意味着能量是质量和光速的平方的乘积，反过来看，质量和能量可以互相转换。目前，最强大的炸弹是氢弹，而氢弹的原理实际上就是将质量转化为能量。此外，根据反物质的研究，正反物质相遇会直接湮灭，并将等量的物质转化为能量。这些事实表明，物质实际上是能量的另一种形式。

我们可以认为任何有质量的物体都是能量，无论是质量超大的黑洞还是一粒尘埃，其本质都是能量。因此，我们可以认为产生引力或导致空间弯曲的不是质量本身，而是高度集中的能量聚合体。

四、为什么能量会产生引力或导致空间弯曲

根据广义相对论，质量和能量实际上是扭曲时空的源。质量和能量会使周围的时空发生弯曲，就像将一个重物放在弹性布料上，使其形成一个凹陷的形状。其他物体在这个凹陷的形状中运动时，会被引力作用所影响，沿着弯曲的路径运动。

具体来说，引力可以被视为物体在弯曲时空中沿着最陡峭下降的路径运动的结果。这个路径被称为测地线，类似于在山坡上滚下去的小球所遵循的路径。质量和能量扭曲了时空，使测地线发生弯曲，而物体沿着这曲线运动，给人一种引力的感觉。

值得注意的是，引力不仅仅是由质量产生的，能量也可以产生引力。事实上，根据质能等效原理，质量和能量是可以相互转换的，它们之间没有本质的区别。因此，任何形式的能量，无论是来自质量、动能、势能或电磁辐射等，都会在广义相对论中产生引力效应。