牛顿和爱因斯坦对万有引力的理解谁对谁错？

马海飞

(http://blog.sina.com.cn/gfis 2010年3月12日)

提到万有引力就不能不提牛顿和爱因斯坦。牛顿是第一个提出万有引力概念和定律的人。爱因斯坦是第一个用不同观点解释万有引力并得到比用牛顿的引力定律计算更准确结果的人。但是，二者的理论都不完善，因此对这两个理论的正确性一直存在争议。那么到底二者对万有引力的理解谁对谁错呢？

实际上在牛顿之前引力的概念就已经存在很久了。牛顿在前人的基础上作出的贡献是他发现了引力的“万有”特征。所以，在牛顿的理论中他接受了对引力的传统观念。于是，牛顿认为万有引力是所有的物质之间所具有的相互吸引作用。根据牛顿的解释，可以使用这样的例子来说明什么叫万有引力：用一根线绳的一头栓住一个小球，另一端栓在自己的手指上，然后拽着绳子让小球围绕自己的头转。小球不会飞走是因为被线绳拽着。用这个线绳上的拉力来比喻万有引力。月亮与地球之间的关系就象这个例子中的小球和人手之间的关系。但是，令牛顿头痛的是，在自然界的月亮和地球之间根本没有相当于线绳的那个可以传递作用力的介质存在。不仅如此，直到三百多年后的今天，人们依旧没有找到传递引力的介质。

爱因斯坦认为万有引力不是力，而是时空弯曲导致的几何效应。根据爱因斯坦的解释，可以使用这样的例子：在一个弹性平面上放两个体积相同但质量不同的大球。这样就会在弹性平面上压出两个不同深度的下陷。质量大的球压出的下陷深，质量小压出的下陷浅。然后让一个小球以匀速运动的方式通过那两个大球的旁边。小球通过质量大的大球旁边时，运行轨道产生的弯曲程度相对较大，通过质量小的大球旁边时的轨道弯曲程度相对较小。这是因为二者不同下陷程度造成的几何形状的不同导致的。因此，爱因斯坦认为，万有引力不是力，而是这种被质量扭曲了的时空表现在小球运行轨道上的一种现象。这种解释不需要传递引力的介质，好像比牛顿的解释更有道理。但是，时空的本质是什么？在物质世界中是否有四维时空的存在？如果存在的话又是如何扭曲的？甚至人们对时间是不是自然现象的问题存在争议。爱因斯坦的理论中出现了太多难以回答的问题。

比较二者之间的理论建立过程，牛顿的理论主要来自对物质世界实际观察到的结果。他的计算公式是从自然现象中得到的经验公式。看上去更带有唯物主义色彩。而爱因斯坦的理论来自纯粹的数学计算。他的公式是从数学模型中推导和运算得到的。看上去更带有唯心主义的色彩。牛顿的公式简单实用，但是不能解释复杂现象。爱因斯坦的公式复杂、不容易理解，但是对一些较复杂的引力现象的计算结果比牛顿公式更准确。二者都有正确的一面，又各有不正确的一面。因此，出现了两种学派的纷争，互相指责对方的缺点，夸大自己正确的一面。

凡事只要能够产生和存在，就一定有它合理的地方。所以我们对二者的对错一定要进行一分为二地分析。正确评判二者对错的困难在于如何解释二者的正确性和不正确性的产生原因。如果想要找出这些原因，唯一的办法就是要首先了解万有引力的成因和本质。本人之所以认为有能力对牛顿和爱因斯坦的对错进行评判就是因为已经找到了引力的成因^[1]。从引力成因上可以解释这些有关引力理论的问题。引力成因模型显示，万有引力是质量场与质量之间相互作用的结果，而不是物体与物体之间的相互作用。因此，万有引力不是导致物体运动的相互作用力。在这一点上爱因斯坦是对的，牛顿是错的。可是，虽然万有引力不是导致物体运动的相互作用力，但它却是由物体的运动趋势产生出来的一个可以实际测量得到的力。在这个力的实际存在上，牛顿是正确的，而且他的计算公式也没有错。爱因斯坦全面否认引力是力的观点显然是错的。虽然爱因斯坦对万有引力根本不是一种物体之间的相互作用力的观点更接近事实，但是，因为爱因斯坦的理论缺乏物质基础，所以他炮制出一个四维时空弯曲的科幻图像来解释引力现象。这是爱因斯坦理论的一个缺陷所在。

我们可以用一个简单的例子来说明万有引力现象中测到的“引力”实际是如何产生出来。在一个弹性平面上相距不远放两个铁球（大小无关）。由于球在平面上压出的下陷导致两个铁球自然滚到一起。在这种条件下一定可以在两个铁球的连心线上测得到一个力。这个力与万有引力中所测到力的产生原理完全一样。它是一个客观存在的力，但又不是导致铁球运动的相互作用力。这就是万有引力的本质^[2]。所不同的是万有引力的产生不是在弹性平面上，而是在质量场中。

虽然，牛顿对引力的理解不对，他把力和运动的因果关系搞反了，但是，牛顿把它作为一个实实在在存在的力放在他的引力公式里的计算却没有错。可是，如果没错，那么为什么牛顿的引力公式计算会出现不准确的结果呢？原因很简单。牛顿的引力公式没错并不表示这个公式是完善的。牛顿的引力公式仅仅是对“静态引力”有效的计算公式。也就是说，牛顿建立这个公式的时候是以物质存在的静止状态为前提的。他没有考虑到运动对引力的影响。所以，牛顿引力理论在计算处于高速运行并且速度变化明显的天体时失效。就象同一个物体在静止状态下和运动状态下所实际称量出来的“重量”是不一样的道理相同，万有引力在物体静止状态下和运动状态下的大小是不同的。从运动的本质可知，物体在运动的过程中可以导致质量场密度分布的变化^[3]。而在引力现象中测量到的力与质量场密度有关（F=G_mmD，D为质量场密度)。在牛顿的引力计算公式(F=GmM/r²)中没有考虑任何动态因素。根据牛顿对引力的理解，他也不可能考虑动态因素。他的引力公式里除了质量就是距离，没有任何“弹性”因素。因此，牛顿的引力公式没错但是只适用于物体的静止状态。较慢的运动可以认为是在静止范围内的允许误差。但是，当天体的运动速度达到一定程度后，或人们的计算精度提高到一定水平后，这种误差就显现出来变成了问题。

爱因斯坦认为万有引力不是力而是四维空间的弯曲所产生的一种几何效应。这种说法只对了一半。万有引力的确不是物体之间导致运动的相互作用力，但它又的的确确是一个可以测量得到的客观存在的力。由于爱因斯坦的引力理论没有任何物质基础，所以他用了一个现实不存在的四维时空扭曲的模型并加入拟人化的手法来解释引力现象。他认为“物质告诉空间如何弯曲，空间告诉物体如何运动”（Matter tells space how to bend and space tells matter how to move)。爱因斯坦的理论带有很强烈的科幻色彩。可是，他的时空扭曲模型却歪打正着地比牛顿的物体之间相互吸引的观点更接近真理，因此得到的计算结果就比牛顿的结果更准确。可惜，因为爱因斯坦的理论是一种科幻式的理论。正确的计算结果并不能证明他的引力理论是正确的。相反，他的理论已经把人们带入了科幻式的科学研究方式之中。在他的理论产生之后出台的大爆炸理论就是这种研究方式的典型产物。一个正常的无神论者是决不会相信如此之大的宇宙会是由一个极其微小的奇点发生大爆炸产生的。但是众多的“科学家们”却对其确信无疑。实在可悲。我想，所谓的时空弯曲只不过是因为爱因斯坦不知道质量场的存在而对质量场的错误理解所虚构出来的一个概念而已。

不管是牛顿的理论还是爱因斯坦的理论都不是完美的。造成两派争议的责任不在他们二人，而是后人的盲目追随和对名人的吹捧。本人从分析二者错误的过程中得到的一个最大教训就是，我们决不应该仅仅凭计算结果的正确与否来判断一个理论是否正确。后人在接受牛顿理论和爱因斯坦理论的时候犯下了同样的错误。起初，仅仅因为牛顿引力理论的计算结果符合观察结果，人们就认为万有引力一定象牛顿所说的那样是物体之间的相互吸引力。于是，后人就沿着这个错误的思路走下去，结果走进了死胡同。同样，当爱因斯坦对水星轨道的计算数值比牛顿更准确的结果一出来，追随者们又以同样的方式不加思索地认为爱因斯坦的四维空间扭曲之说就是真理。于是就沿着这种思路走下去，结果掉进了“黑洞”。大爆炸理论更是靠数学运算支撑的理论。所以，在引力问题上，虽然牛顿和爱因斯坦都有错，但是因为每个人都会犯错，所以错可原谅。其实，对科学真正犯下严重错误的人是那些为牛顿和爱因斯坦的理论进行发挥式的解释和添油加醋的后人们。

结论：牛顿引力理论的错误在于他把引力与运动的因果关系搞反了。他的引力公式没有错，但只局限于对静态引力条件下的计算。爱因斯坦的时空扭曲导致引力现象的解释歪打正着地使他的理论接近了真理。但是，爱因斯坦的理论是一种科幻式理论，没有物质基础，所以，难以让人接受。一个重要的教训是：在分析前人的理论时，不要被准确的数学运算结果所蒙蔽。运算结果的正确并不表示理论本身也是正确的！

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［3］ http://blog.sina.com.cn/s/blog_63a266370100gd4x.html

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