万有引力
在几个世纪曾经,牛顿首要发现了万有引力,他以为引力是普遍存在的,在天上一切的天体之间都存在,而且也正是引力维系了天体的运转,牛顿乃至给出了万有引力的核算公式,可是他却没有给出引力是怎么发生这个底子性的问题的答案。
牛顿与行星轨迹
成功的牛顿万有引力理论
可是没能解说引力的根源并不阻碍牛顿引力理论的巨大成功。最早是牛顿的好朋友物理学家哈雷运用牛顿理论核算出了哈雷彗星的公转周期,并成功预言了哈雷彗星回归的时刻;
哈雷与哈雷彗星
终究是奥本·勒维耶和约翰·柯西·亚当斯运用牛顿理论别离独立核算出了太阳系第八大行星——海王星的轨迹和方位,1846年9月23日,天文学家约翰·格弗里恩·加勒经过核算出来的方位顺畅找到了海王星!实践观测到的方位与勒维耶的核算结果只要不到1°的差错。因而海王星被誉为“笔尖下的行星”它是仅有一颗彻底用纸笔算出来的太阳系行星。
海王星与它的发现者
牛顿万有引力理论的失利
尽管牛顿理论具有如此显赫的战绩和成功,但很快人们发现一个问题。勒维耶核算发现水星近日点进动的观察者与牛顿理论的核算值存在差异,据他核算,扫除岁差、已知行星引力摄动等已知要素后,理论核算与实践观测仍然存在每一百年约38"的差错(后来这个差错值被修正为每一百年进动43.11"),勒维耶以此以为水星轨迹内或许还存在一颗不知道行星。但天文学家一向无法观测到这颗行星,终究扫除了这个或许,而牛顿理论呈现无法解说的差错则成为了“现实”,真是成也勒维耶,败也勒维耶。
水星近日点进动
新理论诞生
直到上世纪初,脑回路清奇的爱因斯坦对控制物理界数百年的牛顿万有引力理论发起了应战,他经过紧密推理指出,引力或许底子不存在,它仅仅时空曲折的一种体现!凭仗等效原理和广义相对性原理,爱因斯坦于1916年提出了全新的引力理论——广义相对论。
在给出广义相对论的引力场方程今后,爱因斯坦第一时刻经过弱场近似办法求解引力场方程,并给出了广义相对论下核算的水星近日点进动与牛顿理论的差错值为43.03,与实践观测值十分挨近。尽管爱因斯坦仅仅用近似的办法求解,但现已满足证明广义相对论比牛顿理论更为准确,而到目前为止,科学家还没找到比爱因斯坦的广义相对论更为准确的引力理论,因而咱们我们能够暂时以广义相对论作为正确理论来解说引力来历问题。
曲折时空下的水星近日点进动
引力的实质——时空曲折
美国物理学家惠勒曾以一句话描绘这个巨大的引力理论:时空告知物质怎么运动;物质告知时空怎么曲折。
这句话指出,在广义相对论里,所谓的引力便是时空的曲折形变发生的作用,曲折的时空改动了物质的运动状况,正如引力改动物质运动状况一般;而另一方面,时空的曲折是由物质(能量动量)的散布形成的。
在曲折时空中运动的天体
未解的谜题
尽管广义相对论成功解说了引力的根源,可是它对一个底子性的问题却没有一点解说,便是物质是怎么导致时空曲折的?这问题或许要留到新的一致理论来加以解说,或许永久都得不到解说……有一个类人择原理的解说便是:由于它便是这样。