任何伟大的理论都不会永远正确?科学家发现广义相对论的三点弊端

广义相对论的论证中,爱因斯坦大胆地设想:没有物质、能量存在的空间,应该是二维平面的状态。二维平面中出现的大质量天体,让二维的图像变成了三维空间。如下图,他利用了一个著名的例子讲解了这一经典现象。

这是广义相对论常用的示意图:平面上放上了一个球体。因此,二维的平面结构因物体的存在,而被迫发生扭曲、变形。据此,爱因斯坦认为:空间不仅是宇宙的舞台,空间的形状也是宇宙天体的真实反映。

爱因斯坦假设:中心球体会造成空间扭曲。倘若这一天体为太阳时,其附近的天体(比如地球)经过空间扭曲的位置,会影响附近天体(比如地球)的运动。

我们开始试验,将平面上放置一个直线运动的滚动小球代表地球(比中心球体小很多);大球(太阳)不在时,小球(地球)做直线运动。如果大球(太阳)存在,平面被扭曲,小球(地球)会被迫改变运动方向,变为曲线运动。

因此,忽略摩擦的时候,小珠子以相应的速度进行运动;此时,它就会变成沿一条回归曲线,绕中间球做公转运动。也就是说,小球(地球)进入了大球(太阳)轨道,这也就是我们经常说的引力。

在平面与球的比喻中,爱因斯坦具体而又形象地描述了——宇宙空间结构弯曲的含义。事实上,大多数物理学家经常用类比的方式,来帮助自己和受众可以更加直观地认识引力、弯曲。但实际上,这个比喻在现在看来,并不是十分完美。

在私信中,不少人和小编提出了自己的疑惑,甚至指出了这个比喻的不准确,有不少缺点!为了把这一点讲清楚,小编告诉大家,这个比喻受限于当时的时代,在现在看来,的确有些不精准。因此,小编先带大家看看这里究竟有哪些不足!

首先:当太阳迫使周围空间发生扭曲时,并不是像大球那样被引力拉下来的。大球的例子中,因为小球的引力,使平面发生弯曲。对太阳来说,没有别的东西再“拉”它。

这个时刻,爱因斯坦认为:空间的弯曲才是引力。物质只要存在,空间就会发生弯曲。同样,地球也不像小球一般;地球在轨道上运动,并不是因为别的东西把它吸引到弯曲空间的轨道中。

事实上,爱因斯坦认为:物体在空间中的运动总是沿着最短的路线(和两点之间的直线最短,有异曲同工之处)。当然,最短的路线——也是阻力最小的路线;如果空间是曲面的,那么路线也是曲面的。

这个例子让大家直观地看到:大质量物体是如何引起空间扭曲、又是如何影响其他物体运动的。不过,空间扭曲的物理学机制却与这个例子所体现的完全不同。因为平面与球的模型,依据的是牛顿万有引力理论;空间的弯曲依据的是爱因斯坦的引力理论。

其次,第二个缺点在于:平面是二维的。现实中,太阳扭曲了自己周围的三维空间,不过这很难用图像表达出来。我们在下面的图片中尝试着画出来——太阳周围的空间(上、下)都经历了相同的形变,我们只画一部分。

此时,我们的地球就在这样弯曲的空间穿行。相信很多读者会有疑问:我们的地球会不会闯入图像中的那堵墙呢?众所周知,空间和平面有着本质的区别,一切都不是有形的壁垒!图像中,这弯弯曲曲的网格不过是三维空间中的两张薄片,但我们、地球、太阳都在这个三维空间中自由的活动。

相信很多人会有诧异的感觉:人类既然在空间结构中,为何感受不到它的存在呢?事实上,我们感觉得到!因为,空间是引力发生作用的中介!我们感受到的引力,就是感受到空间。

物理学家惠勒这样讲述引力:“质量带着空间,告诉空间怎样弯曲;空间带着质量,告诉质量如何运动!”这就是引力与空间的关系!

最后,第三个缺点也是最重要的——我们把时间维度压缩了。本来,这是为了图像更清晰易懂;尽管爱因斯坦明确指出:我们应该用3个维度去思考,但是时间却是看不见摸不着的。

我们都知道:加速度不但可以扭曲空间,更可以扭曲时间。事实上,引力和加速度一样。(广义相对论的数学推论发现:在地球围绕太阳运行的这种相对缓慢的运动中,时间的弯曲对地球运动的影响要远远小于空间的弯曲。)

因此,这幅图像已经完全不能准确地涵盖我们所讲述的内容!无数科学家认为:我们迫切需要一个新的图像来代表这一切。任何时代,科学规律永远没有一成不变的,都有一定的局限性!大家认为呢?对于这一点,有什么看法,欢迎在评论区留言~

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