科普從牛頓到愛因斯坦——引力是什麼？

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電影《地心引力》海報

註：QQ音樂沒有電影《地心引力》配樂，但是有Coldplay深情的《Gravity》牽引著你我。

引力是什麼神漁夫科普第二期

愛因斯坦：「引力是時空彎曲的表現……」

停！我咋沒看見。

愛因斯坦：「那是你太渺小，就像你站在地球上意識不到地球是圓的。」

滾滾滾自己玩去。

愛因斯坦：「……」

冤大頭卡文迪許的光槓桿法

上回說到牛頓給大家扔下個難題就去研究上帝了，卡文迪許這個冤大頭歷盡艱辛才解決了問題。那麼他是怎麼測出那個小數點後面幾乎都是零的量呢？思路也挺簡單。

測倆東西間的引力，就找倆東西唄。他找了幾個鉛球。為了減少阻力，他拿繩掛了起來。然後拿另一個鉛球接近它，看看鉛球動了多少。

扯淡，這能看出動了？美女，我往你身上靠靠，有沒有感覺到被我吸引動了呢……鬼才信！

別急！卡文迪許用眼睛也看不到，為了能看到就得放大。拿什麼放大？放大鏡？能想到這個已經差不多了。答案其實就是這麼簡單，用光放大。放大鏡就是用光放大，卡文迪許也想不到什麼別的。

於是卡文迪許設計了所謂光槓桿法來觀察鉛球動沒動。球動一點點，光線擺動一點點，但是光線可以很長啊，於是光線的投影就動了一大塊。具體的做法網上都有，不再贅述。這下一放大可好，不僅清晰明顯，還能測量數值了呢！

光槓桿的原理

看到有冤大頭實驗物理學家測量出了數值，全世界的理論物理學家和天文學家們都行動起來了。他們開始夜以繼日的計算，發現天上那些星星的運行方式和牛頓說的幾乎都一模一樣！

除了天王星。天王星周期性亂晃，這讓科學家們有點蒙逼。突然有人說，那是有一顆看不到的星星在拽他！於是人們便算出了海王星。海王星太暗所以人們本來是注意不到的，算出在哪後人們往那地方找自然就好找多了。後來發現水星也不對勁！於是又算出了火神星。

隨著不久人們真的找到了海王星，牛頓又牛逼了。死了一百多年還能時不時出來牛逼一把，搞科學真是裝逼最佳途徑（嚴肅地說，這就是追尋真理的力量。但是當今科學界人士大多承認科學界無真理，具體的後面會介紹）。接著大家就開始找火神星，可是找了好久也找不到。再找不到可糟了，不僅牛頓要完，整個物理學界都要完，逼裝大了就是不好，沒準物理學家們裝的逼都將變成巴掌打臉上。幸好，如同很多人都知道的，愛因斯坦提出廣義相對論，把問題解決了。

廣義相對論

廣義相對論是怎麼提出來的呢？是愛因斯坦為了解決水星問題套數據套出來的么？這回不是，而是愛因斯坦在兩耳不聞窗外事一心只是瞎尋思時自己捉摸出來的，恰好後來聽說水星的軌道不對勁，於是照著自己的理論一算，正好解決了。為此大家都覺得愛因斯坦牛逼。

廣義相對論到底是啥，除了算星星還有啥用，能吃么？

廣義相對論的一個基本思想是，一個星球繞著另一個星球轉，其實不是轉，就是走直線。它明明在轉咋就成直線了？愛因斯坦說是空間彎了。也就是說引力根本不存在，就是一個星球把空間壓彎了，另一個星球在彎彎的空間里走直線，作為傻逼的我們看起來就是在轉圈。

你真牛逼，你說空間是彎的就是彎的，我咋看不見？

「因為你太渺小，就像你站在地面上意識不到地球是圓的。」

彎曲時空

地球是圓的上天就能看見，你說空間是彎的怎麼看？搞物理的凈扯淡，廣義相對論錯了！

這是當今好多民間科學家的說法。他們認為相對論是錯誤的。這是一種勇於質疑和善於思考的好精神，可是這句話本身就有問題。

這涉及到了對物理的理解問題。物理學講的東西不見得一定要追究其存在與否，或者說我們要改變對於「存在」二字含義的理解。物理理論只要能高效並比較精準地解釋現象即可。如果這東西使得一切現象都能解釋，那麼我們就當這東西存在。即使它不存在，其實是什麼怪物擺出了它存在的樣子給咱們看，可是咱們看不到那怪物，就只能當怪物偽造出來的這東西存在。

事實是，廣義相對論能夠解釋科學家觀測得到的許多現象，所以在一定範圍內它就是正確的。因此你不能說廣義相對論是錯的，只能說：我知道一種情況，廣義相對論解釋不了。或者說：我有一種比廣義相對論更簡潔或描述得更精準的理論，甚至能夠把廣義相對論包進去。（註：2016年2月11日美國科學家宣布第一次直接探測到了引力波的存在已完成廣義相對論的驗證，該實驗使得推翻相對論變得極其困難以至於幾乎不可能。）

這道理也適用於所有其它理論。所以科學界已經普遍承認，科學無真理，只有可以描述一定範圍內現象的好方法。

愛因斯坦

自從廣義相對論出來後，天文學家們在解決問題時大範圍拋棄了萬有引力定律，在一些牛頓引力能解決的問題上也是如此，因為廣義相對論算起來更清楚且優美。

廣義相對論讓天文學從抽象的代數時代走進了幾何時代。這點我後面在講數學和物理的聯繫時還會再介紹。

引力怪物——黑洞

接著我們就可以來看一個大家都十分熟悉的名詞：黑洞。

這又是一個用數學式子算出來的東西。根據廣義相對論，人們算出來要是一個東西太沉了把空間壓得它親娘都不認識，這個空間就連光也逃不出來。（註：高中生用萬有引力定律也可以算出黑洞的臨界質量，雖然這樣算是錯的，但是神奇的是，得數和用廣義相對論算的一樣。）

這下可好，科學家找到了個老嚇人的東西，並且我們還看不見它！看不見是不是就像前文說的在背後操縱理論的怪物一樣，可以當作不存在呢？不是，我們可以用其它方法間接地看到黑洞，所以我們肯定黑洞就在那裡，我們要研究它，不能視而不見。

黑洞模擬形象

前文說的怪物是我們把吃奶的力氣都使出來也看不見的東西，這才可以當作不存在。可怪物要是能看見我們呢？只要它不讓我們察覺，它看不看我們對我們來說毫無意義。當然，如果你哪天想出辦法看到了那怪物，就可以得諾貝爾獎了。

那麼黑洞有什麼好研究的呢？除了滿足大家的好奇心外，其它重要的研究目的就必須進行一些解釋才能讓大家明白。解決熵的問題是一個十分重要的目的。熵是什麼大家不用管，只要知道這玩意兒沒人管的話就會自己變大。那這玩意兒有啥用？它總是自己變大的性質使得我們沒法做到下面這個事情：把空氣啊海洋什麼的溫度降低，用多出來的能量發電。

WOW，這要是能做到不就牛逼了，科學家還研究個屁黑洞啊，都給我研究這個來！

可惜科學家已經根據熵這東西總是自己變大的原理證明了這不可能。那麼這個原理怎麼就這麼煩人？能不能打破它？這時候黑洞的作用顯現出來了。

科學家發現東西進了黑洞後，熵就沒法算了，換句話說，沒準這時候熵就不自己變大了，定律就可以打破了，然後我們就可以模擬這個條件從空氣海洋里抽能量發電了！這看起來不錯，老百姓都會很高興。可是這個定律一旦打破，科學家多年來弄出來的無數理論就會動搖，到時候就和當年水星一樣，一旦解決不了，裝的逼就又變成巴掌打臉上了。

結語

好在有個東西叫做「圈量子理論」，發明這理論的「討厭」科學家把黑洞的熵算出來了。等等，圈量子理論？啥叫圈，啥叫量子？又糊塗了。

不用急，這個基於量子理論發展起來的理論暫時沒被廣泛認同，這方面研究還可以有進展。但是量子理論也就是電影里常見的「量子力學」則是一門成熟完備的理論。

至於量子力學到底是什麼玩意兒，除了在電影里唬人還有別的用處么？我將在下一集開始為大家介紹。

神漁夫

南大天文系學生

天上的事問我，其它的事看書