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引力是時空彎曲的幾何效應,其底層邏輯意味着什麼?

作者:靈遁者國學智慧

導讀:引力是時空彎曲的幾何效應,其底層邏輯意味着什麼?你思考了嗎?

有很多想說的話,一時不知道該怎麼開口。當一件事情你不知道怎麼開口,說明心裡不清楚,或者說不靠譜。每個人都是第一次做人,跌跌撞撞,就像摸着石頭過河。人類也是這樣。

當你知道的越多的時候,你的失落感會逐漸增加,我相信那些偉大的科學家内心一定是這樣的。我寫科普的目的和初衷似乎慢慢變了,不是告訴人們你要相信時間是存在的,你要相信四維時空理論……目的和初衷似乎變成了自我革命,自我崇拜和自我安慰。

引力是時空彎曲的幾何效應,其底層邏輯意味着什麼?

誰是人間清醒?似乎誰也不是。我和很多人一樣相信相對論是正确的,相信愛因斯坦是正确的。狹義相對論改變了我們以往的時空觀,廣義相對論又解釋了引力。可是相對論帶來的驚喜,似乎和它帶來的問号一樣多。就引力的成因是時空彎曲,你真的好好思索了嗎?你是贊同還是反對?牛頓萬有引力理論竟然是物體在低速狀态下的情況?現在引力理論又不能納入到量子力學中去?一個“引力”有兩套理論,分“高速”和“低速”;整個實體系統又分“經典宏觀”和“微觀量子”,再去看看諸如慣性,電磁力等知識……就越來越有意思了。

為什麼越來越有意思了,你來聽,我來說。廣義相對論說引力是時空彎曲的産物,這是引力的本質。沒錯,各位,你要相信愛因斯坦的大腦,他是經過嚴密的推理和想象才天才般得出這一結論。不能因為你不了解什麼叫時空,什麼叫時空彎曲等,就說這個東西太玄乎。别忘了這理論經過了多少次實驗的驗證了,在鐵的事實面前,你不了解,就隻能先考慮自己的問題和能力。但這個理論确實有沖突之處,不知道愛因斯坦自己是如何思考的?我們都知道,愛因斯坦後半生一直在緻力于建立一個統一場論,但沒有成功。其實愛因斯坦的初衷是把電磁力和引力統一起來,這是他了解的“統一場”。因為愛因斯坦是1955年去世的,而強力的發現是在1973年,提出者是格羅斯和湯川秀樹等人。弱力的發現大概是在1933年,提出者恩裡科·費米。是以準确來說,愛因斯坦知道宇宙中有三種基本力,那就是引力,電磁力以及弱力。是以說他要做真正意義上的統一場論的曆史條件就不具備。

引力是時空彎曲的幾何效應,其底層邏輯意味着什麼?

陳述完這個事實之後,我要點明的重點是,引力不能納入量子力學體系中來,問題就出在廣義相對論上,即愛因斯坦在廣義相對論裡把引力看成是時空彎曲的幾何效應。這話的底層邏輯是什麼?是說引力不是力!或者說它是一個虛拟力。那什麼叫幾何效應?我建議你直接把“幾何”二字換成“數學”,即引力就變成了數學效應了。這就是它讓人難以接受的點。我們說月球繞着地球轉,是因為有無形的引力拉着月球,才使得它圍繞在地球周圍,這是高中知識。大學學了廣義相對論之後,你告訴我這是假象,引力是幾何效應,時空彎曲産生引力。這個彎轉得太急了,很多人都反應不過來,也難怪我們會把車開到“溝裡”去,然後使勁得往上爬,這麼多年了,好像也爬不出來。

月球繞着地球轉,地球繞着太陽轉,那是客觀的運動,時時刻刻運動狀态在改變,而力才是維持物體運動狀态改變的原因,現在說引力不是實實在在的力,是時空彎曲的幾何效應。确實想象不來啊。可是愛因斯坦的論證,就是那麼清新脫俗,有理有據,讓人不得不相信。

引力是時空彎曲的幾何效應,其底層邏輯意味着什麼?

而老師和科學家告訴你,牛頓引力和愛因斯坦引力各有特長,适用于不同的情況,就是它們都好,你看情況用。但牛頓引力和愛因斯坦引力之間的沖突,卻擱置至今,好像沒有辦法解釋。

問題本身就是答案,一個問題沒有辦法解釋的時候,就說明它需要一個更好的答案!那這個答案是什麼?你先好好想想。

你們知道承認引力是幾何效應之後,意味着什麼嗎?其實本身就意味這它無法納入到量子力學體系中來了,更何談統一場論呢。很明顯啊,引力是時空彎曲效應的話,引力就不需要引力子這個概念了,這個是多餘的。而宇宙中的其他三種力,可都是有傳遞力的粒子啊。電磁力是由光子傳遞互相作用,強力是由膠子傳遞互相作用,弱力是由W和Z玻色子傳遞互相作用。引力呢?如果引力是時空彎曲效應的話,那就不會有引力子啊。

有的網文說,有引力子是從量子力學層面考慮的,和愛因斯坦這個引力理論在宏觀解釋上不沖突,引力子是引力在量子力學中的傳遞力。你思考這個解釋合理嗎?我都沒有評價的沖動。

引力是時空彎曲的幾何效應,其底層邏輯意味着什麼?

引力如果是時空彎曲的幾何效應,那麼連“引力量子化”都是一個多餘的詞彙,那麼談不上引力量子化,引力怎麼納入到規範場論中去呢。是以這就是我為什麼說,相對論帶給我們的驚喜有多少,疑問就有多少。

關于廣義相對論所帶來的人們了解引力的沖突,正是它被各方抨擊的原因。人們總是覺得它哪裡有問題,但說不清,是以各種關于相對論的修改和指責就蜂擁而來。官方【指教科書】也沒有及時站出來站隊,是以混亂就一直存在。那麼相對論真有問題?關鍵是問題在哪裡?

各位,不要那樣想,你得相信那一波智力極高,又極其勤奮的科學家,他們不比我們差。而且他們抱着懷疑的态度,不斷地去花費人力和物力去驗證了,驗證結果喜人,愛因斯坦等人正确。

那這就怪了,難道真的我們知識匮乏,想象力不足,沒有辦法來了解這其中的奧秘嗎?沒錯,還真就有這樣的情況,在你不了解光速不變,以及不掌握平面空間和黎曼空間等知識的情況下,還真不好了解他是怎麼推理得來的。别說咱們了,愛因斯坦從狹義相對論到廣義相對論,走了10年時間啊。沒錯,你确實應該懷疑自己,畢竟從三維時空到四維時空,需要了解的内容有很多。而四維時空,再到五維時空那就更難了。我不止一次,試圖思考五維時空的樣子,很抱歉,感覺從來沒有得到任何一點具象資訊,完全想不到五維到底是個樣子。

那怎麼解決混亂,就讓它繼續混亂嗎?不行啊,得做點什麼啊。

我和很多人一樣,我反複檢視狹義相對論和廣義相對論成立的條件,找不出一點毛病,沒錯,狹義和廣義相對論正确!如此,我就在想,在承認它正确的前提下,怎麼解釋當下的問題。我試着給了一個答案,那就是理論是正确的,在解釋的時候出錯了。什麼意思,就是說不能把引力解釋為時空彎曲的幾何效應,不能解釋為時空曲率。那怎麼解釋呢?與其解釋為時空彎曲的幾何效應,不如解釋為時空性質。

引力是時空彎曲的幾何效應,其底層邏輯意味着什麼?

回溯狹義和廣義相對論的成立條件,都指向了一個什麼概念?你應該去思考這個問題。答案是慣性。回溯牛頓力學體系,指向了什麼概念?答案還是慣性!大學生和博士生,一看就懂了。但國中和高中生可能還一時不太懂,為什麼這麼說?

我簡單地說一下,牛頓三大定理的根基是什麼?是慣性定律。而牛頓引力公式是怎麼推導出來的?高中推導過的同學都清楚,離不開牛頓三大定理。而愛因斯坦的狹義和廣義相對論成立的條件,比如等效原理,廣義相對性原理,狹義相對性原理,哪一個前提不是“慣性”?都是離不開“慣性”。愛因斯坦關于等效原理的來源是什麼?是慣性品質和引力品質嚴格相等。而廣義和狹義相對性原理,是關于慣性系和非慣性系之間的内容。是以你發現了沒有,慣性概念太重要,不了解這個,是我們懵懂和混亂的根本原因!

這也是我為何在科普書籍《變化》一書中明确說:慣性才是近代實體學的基石!我寫科普的起心動念也是從“慣性”這個點開始的,從這個好奇開始的。結果開始後,就停不下來了。

引力是時空彎曲的幾何效應,其底層邏輯意味着什麼?

我們是如何解釋慣性的?教科書說上說慣性是物體的固有屬性,它是一種抵抗現象,它存在于每一物體當中,大小與該物體的品質成正比,并盡量使其保持現有的狀态,不論是靜止狀态,或是勻速直線運動狀态。

也就是說,為什麼物體具有慣性,我們不知道,我們就說它是物體的固有屬性。可是物體無緣無故就會具有慣性嗎?我有點不相信,是以就試着回答這個問題了。很明顯,因為我意識到,不回答清楚這個問題,實體的“上層建築”你了解不了。

讀過前面章節的朋友,已經知道了,我給出答案是:引力使得物體具有慣性。

你如果比較敏感的話,現在再回頭思考愛因斯坦說引力是時空彎曲産生的,結合慣性兩個字,你可能更有啟發。因為你會想到“慣性力”這個概念!大家都知道慣性力不是真實的力,但慣性力是客觀存在的!慣性力對于洋流,大氣對流都有實打實的作用,我們叫它科裡奧利力。我旨在說明什麼?并不是說愛氏口中的引力和慣性力類似,而是提供了換一個角度了解事物的作用。這樣的話,引力就不再是幾何效應了,是有根據的。

有人可能會問,為什麼不把引力了解為類似慣性力這樣的存在呢?其實很簡單,了解為“慣性力”這樣的存在,問題依然多,引力子,引力量子化,統一場論……都依然不能實作。有的同學會提問,不能實作就不能,非要實作統一場論嗎?當然,這不是必須要實作的。但是從邏輯和哲學上來說,萬物是有聯系的,我們在相信這個哲學認識的前提下,自然而然的就能想到把基本力聯系起來,可是現在聯系不起來。

引力是時空彎曲的幾何效應,其底層邏輯意味着什麼?

該怎麼辦呢?兩個方向,其一是繼續“深化改革”,從現有理論入手;而另一個方向是幹脆放棄現有理論,另起爐竈,另辟蹊徑來完成大統一理論。于是弦論就應用而生,弦論中傳遞基本的力不再是各式各樣的粒子了,而是一根根振動的“弦”。同樣,該理論帶來驚喜的同時,也帶來了問題,那就是高次元問題,而且不是一般地高。高到好像根本無法觸及,就像我說我連五次元空間是什麼樣都想象不來,我該怎麼去想象11維空間?而且弦論可不是普通人“想玩就玩”。那是高度數學化的理論,我這種業餘級别的,看都看不懂。

再回到慣性中來,這個問題你必須思考。慣性力不是力,可是為什麼慣性力對物體有實實在在的作用?各位,這是一個重點問題,圈起來,在我這,是必考問題啊。因為你同樣要問,如果引力不是力,是幾何效應,為何能産生實實在在的作用?這樣問沒毛病吧。

來,發揮你的想象力,跟着我的思路走。你現在想象有一輛車,車中間用繩子挂個鐵球,車子加速向前行駛,車中的鐵球會向後擺,如果車子是勻速加速的,那麼鐵球會始終向後擺。這個經驗大家應該有,就類似于坐車體會到的推背感。問題來了,為什麼鐵球向後擺?答案肯定受到力了。可是沒有施力物體呀,同學們很自然的就說,是因為鐵球受到了一個慣性力啊。可是為什麼會受到慣性力啊?我們繼續分析會發現,是車子運動,才使得鐵球受到一個慣性力。

引力是時空彎曲的幾何效應,其底層邏輯意味着什麼?
引力是時空彎曲的幾何效應,其底層邏輯意味着什麼?

慣性力與真實力的作用其實是一樣的,之是以把它當作假想力,是因為我們把力定義為力是物體間的互相作用。慣性力找不到一個施力物體,自然就不是真力。而且我們的經驗告訴我們,車子加速越快,推背感越強,也就是說慣性力越大。為什麼呢?不是慣性隻和品質有關系嗎?沒錯,慣性隻和品質有關系,可慣性力不是啊。根據牛頓第二定理F=ma,我們可以看出來,品質一定的情況下,加速度越大,力就越大,這就是為什麼推背感越強的原因了。

而我要說的是,那我們可不可以認為慣性力是由加速運動産生的?無獨有偶,相對論中有一個效應叫質增效應。即狹義相對論認為,物體的慣性品質随其運動速度的增加而加大,速度趨于光速時,慣性品質趨于無限大。這是不是意味着運動能産生品質?這對于普通大衆來說,又是不好了解的。運動就能産生品質,那不等于無中生有嗎?事實就是,科學家已經證明了質增效應是存在的。是以說不是無中生有,不是還有“運動”嗎?你隻要回答,為什麼會産生這種效應就OK了。

運動的物體品質增加,這是因為引力的本源是時空,即時空使得物體具有引力。時空本質上也是物質時空,能量時空。對于運動的物體,會附加能量給物體。即高速運動物體會迫使空間能量“粘貼”在它身上,這種效應和量子力學中發展的“希格斯機制”如出一轍。其實這是一種束縛态,束縛了物體運動速度增加,這也是為什麼光速無法超越。從惠勒那句經典的廣義相對論表述:物質告訴時空如何彎曲,時空告訴物質如何運動。就能清楚的明白,為什麼說引力使得物體具有慣性,而時空使得物體具有引力。

慣性是萬有的,引力也是萬有的。維持物體運動的原因是什麼?是慣性!你再結合時空告訴物質如何運動這句話,是不是有啟發了?時空和慣性兩個概念,第一次走得那麼近。想到時空一定要想到廣域的場的概念,時空場的代名詞是什麼?是引力場!是以引力才是使得物質具有慣性的根本原因。

有人會問,為什麼不直接說時空場産生慣性?在《變化》前幾章我就說了,如果直接這樣做,就會出現超距作用,而光速不能超光速,不然和廣義相對論成立的條件沖突。知道馬赫原理嗎?馬赫原理就出現了超距作用,這是主流科學拒絕他的原因。但愛因斯坦從馬赫原理受到了啟發,發展了廣義相對論。

引力是時空彎曲的幾何效應,其底層邏輯意味着什麼?

引力也是萬有的,是以是一種廣域的作用,是以自然而然的想到了時空。時空使得物體産生引力。是以廣義相對論的場方程,也叫宇宙場方程。是以廣義相對論的引力理論和牛頓引力理論的根本差別,也就清楚了,确實是由于運動導緻。低速情況下,近視于慣性系中,牛頓引力适用;高速情況下,在非慣性系中,就必須用到廣義相對論了。

能量子化的東西,一定是實實在在的東西。而引力場或者時空場一定是實實在在的東西,它理論上可以實作量子化。這對于廣義相對論能納入到量子力學中去是積極的信号。

現在強力,弱力,電磁力是統一了,但引力還沒有被統一進來。愛因斯坦緻力于統一引力和電磁力到現在也還沒有完成。也是,如果引力可以和電磁力統一,自然就說明四種力可以統一。

有讀者問了這樣一個問題:網上說磁場是電場的相對論效應,這不就是說電磁場和相對論有關系嗎?這樣認為太表面了。磁場是電磁場的相對論效應, 其實還是說磁場可以由電場經相對論性轉換得到,而且這樣轉化和狹義相對論密切,和廣義相對論沒有直接關系。而廣義相對論才是引力理論,是以說引力和電磁力至今還未統一。

引力是時空彎曲的幾何效應,其底層邏輯意味着什麼?

此時我又想到一個比較科幻的想法,大概是這樣的,實體世界呢,虛粒子經由希格斯場獲得品質,在獲得品質的一瞬間,被實體世界的規則束縛和演變【規則指規範場論體系】,進而形成了現在的花花世界。我們繼續假設引力就是幾何效應,那麼可以認為引力就是現實世界的BUG,因為它不是真實的,是數學的。那麼就意外的透露了,這個世界歸根結底是數學的,不是真實的。那麼在座的各位,是數學的,還是真實的?還是說引力這個BUG隻是在我們這個次元是BUG,如果我們可以認識到五維時空,那麼了解引力就輕而易舉。

你怎麼看,你怎麼想?别忘了,世界是我的,世界也是你的。

2021年12月31日。

引力是時空彎曲的幾何效應,其底層邏輯意味着什麼?

獨立學者,作家,藝術家靈遁者科普。本文會收錄在靈遁者科普書籍《變化》一書中。

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