牛顿提出了万有引力定律,但并没有解释引力到底是如何产生的。
而爱因斯坦的广义相对论诠释了引力的本质:引力的本质是时空弯曲。可以看出,引力并不会导致时空弯曲,恰恰是时空弯曲表现出了引力,引力只是时空弯曲的几何效应而已。
任何有质量的物体都会导致时空弯曲,不过只有大质量天体造成的弯曲比较明显。大质量天体周围的小质量物体会感应到时空弯曲,自然地沿着弯曲的时空做“测地线”运动(也就是时空中的最短距离)。
可以看出,按照广义相对论的诠释,所谓的引力其实是不存在的,引力只是时空弯曲的表象而已。
而牛顿的万有引力定律是以绝对时空观为基础的,也就是平直的时空。事实上时空是弯曲的,只不过即便是地球这样质量的天体,对时空的弯曲程度也非常有限,可以忽略不计,所以牛顿的万有引力定律在我们地球上仍旧适用,而且万有引力定律非常简单,更方便计算。相对来讲,广义相对论虽然更精确,但是很复杂。
说白了,万有引力定律可以看做是广义相对论的一个特例,在近似平直时空的特例。
除了广义相对论,标准粒子模型也试图从微观世界诠释引力的本质,两者并不矛盾。标准模型强调了引力子的存在,如果找到引力子,将会统一自然界四种基本作用力,可惜的是直到今天科学家仍旧没能找到引力子。
目前对引力本质最成功的诠释还是爱因斯坦的广义相对论,终结就是:时空告诉物质如何运动,物质告诉时空如何弯曲。
不过网络上对“弯曲”的理解和描述并不严谨,很多描述用类似弹性布料或者弹簧床来比喻时空完全,其实并不严谨,只是为了让大家理解弯曲的定义而已。
因为在宇宙太空中没有所谓的上下概念,“向下弯曲”是没有意义的。弯曲的方向应该是朝着物体的质心。而由于物体都是一直在运动中,所以在运动的过程中也会拉拽周围的时空,就像下图那样:
所以,引力并不会导致时空完全,而是时空弯曲表现出了引力。同时,时空也不可能脱离物质单独存在,物质也离不开时空。时空和物质必须同时存在,事实上时空也可以看做是物质的一种,这又是另一个话题了,这里就不讨论了!