先说结论:(1)引力是时间弯曲所引起的错觉,引力本身并不存在。(2)造成时空弯曲的是物质,并没有引力造成时空弯曲这回事。
早在上初中时,物理老师就告诉了我们,一切物体都具有惯性,如果一个物体不受外力的作用(合外力为0),那么这个物体的运动状态将不会发生改变一一保持匀速直线运动状态或静止状态。这就是惯性定律。然而,当一个物体不受外力作用时,它将保持匀速直线运动状态或静止状态只是在平直的时空中才是这样。对于惯性,更为普适的描述是:当一个物体不受外力作用时,它的运动轨迹将会是一条四维的测地线。这里的四维测地线,对应到平直时空中,就是匀速直线运动状态或静止状态,它们是同一回事。
引力只是一种假象,让我先忘掉引力。当一只苹果挂在苹果树上时,这只苹果只受到一个力的作用,再强调一下,是只受到一个力的作用,就是树技对苹果的作用力,除此之外,再也没有受到什么别的力了。引力,只是假象,是不存在的。这只苹果受到了树枝的力的作用,它是不“自由”的,这种不“自由”的效果就是让苹果静静地挂在树上。而现在,苹果从树技脱离了开来,苹果再也不受树枝的束缚了,它“自由”了。这时,脱离了苹果枝的苹果不再受任何力的作用了,于是,由于惯性,它的运动轨迹应变为四维时空中的一条测地线,就如平直时空中的不受外力的苹果要保持匀速直线运动或静止状态一样。而在弯曲的时空中,苹果的运动轨迹是测地线的效果,就是苹果要落向地面,就仿佛是苹果受到了一个向下的引力一样。而真实的情况是苹果这时不受任何力的作用,由于惯性,它的运动轨迹是一条四维的测地线。而相反,当苹果挂在苹果树上时,苹果是受到来自树枝的力的作用的,苹果的运动轨迹则并不是测地线,这对应到平直时空,就相当于苹果是在做变速运动,但在弯曲时空中,这种变速运动的效果则是静静地挂在树枝上。
而物质又是如何影响时空的弯曲的呢?这时,时空是一个客体,它的特征由一个叫做度规场的东西来决定。而度规场是一种具有物理性的场,它和其他普通的物质场一样,有其既定的拉氏密度与作用量,而且它的行为也跟其他的物质场一样,满足最小作用量原理。这时,时空中既有规场,又有其他普通物质的场,它们混合在一起,共同满足最小作用量原理。而这个共同满足最小作用量原理的结果就是爱因斯坦场方程。于是时空的度规就和物质的能量动量张量一起,共同受爱因斯坦场方程的约束,而这个约束的结果,就是时空在物质的作用下,变成是弯曲的了。
这就是所谓的:物质告诉时空该如何弯曲,时空告诉物质该如何运动! |