引力是一种力吗？这是复杂的

    艾萨克·牛顿和阿尔伯特·爱因斯坦被锁进一场就引力的本性的永恒之战。你站在谁的一边？

HARD SCIENCE — OCTOBER 12, 2023

Don Lincoln

Credit: Big Think / ChatGPT / Midjourney

关键要点

    引力传统上被理解为一种造成物体来下落或朝向彼此移动的力，最早量上被艾萨克·牛顿在1600 年代中期描述。

    阿尔伯特·爱因斯坦的1915年的理论提出了一种彻底的背离，提出引力不是一种力，而是被大质量物体造成的空时中的一个扭曲。

    哪个模型在描述现实上最准确呢？也许我们已经达到了一个科学的禅的时刻：引力刚好是的。

    先脸红问引力是否是一种力似乎相当病态的。毕竟，当你还是个蹒跚学步的孩子时，你通过从你的高脚椅把小吃的向下落到一只感恩的小狗身上试验了引力。小吃的总是掉下来。而且，当你远更老时，这个故事仍然是真实的------就像也许在你21岁生日那天，当你吃了太多东西站不稳撞到地面是一个明显的引力仍然在起作用的迹象。

    但这个问题是相当复杂的。要回答这个问题，我们首先需要来定义该术语。一个力能被认为是当施加到一个自由体上时某些能造成它移动或变形或两者兼而有之的东西。因此，当你把一辆汽车从雪堆里推出时这是一种力。用一个大锤砸西瓜也是。而且，因为物体当它们掉落了时落下，似乎毫无疑问引力真的是一种力。

定义引力

    撇开一些早期理解引力的尝试，回到1600 年代中期，艾萨克·牛顿首次以一种定量方式描述了它。虽然经常讲的一只苹果掉在他头上的故事是杜撰的，但牛顿所做的是来计算出规制两个物体之间引力的吸引的数学法则。引力依靠每个物体的质量和分隔开它们之间的距离。

    尽管牛顿方程的惊人成功，但他从未对他的理论完全的满意。他没有看到会连接两个天体的机制比如月球和太阳。对于像拿起一个玻璃杯这样的力，造成这种力的原因是清楚的。但对引力这是不真实的。他总是对这种“在距离上的行动”的想法不满意的（行动是他对力的词）。他甚至写信给一位同事，告诉他任何有能力的思想家都不应该相信他的理论。

    无关的，它起作用了。天文学家用他的方程来预测行星和彗星的运动以及日食的位置和时间。（有一天美国宇航局用它们来登陆在月球上）。无论在哲学上多么不令人满意，引力似乎是某种的一个力。

打乱的苹果车

Credit: Big Think / ChatGPT / Midjourney

    这种情况在1915年变化了，当时阿尔伯特·爱因斯坦设计了自己的引力的理论。他的想法与牛顿的大相径庭。爱因斯坦想象了空间和时间是等价的，在那里一个可以被转化为另一个。因为它们是同一的，他将它们结合成一个概念：空时。

    当爱因斯坦将他的空时概念与引力结合时，他发现了引力实际上是空时的扭曲。像恒星和行星这样的重天体以一种使天体朝向它们移动的方式扭曲了空时，因此引力只是一个空时的几何形状的结果。尽管这听起来奇特的，但它已经一遍又一遍被验证了。

力中的一个干扰

    虽然爱因斯坦的想法被很好的关注，但它们也被知道是不完整的。他的理论在亚原子世界中失败。当科学家试图用他的方程来描述在原子尺度（或更小）上的引力的性质时，他们悲惨的失败，预测非物理的无穷大。当一个理论预测某种东西是无穷时，这不是一个真实的无穷大的标志，而是该理论被打破的一个迹象。

    自动的，研究人员已经试图来设计一种描述超小世界的引力的理论。为这样做，他们寻求电磁学和量子世界的其他亚原子力的理论，这些理论很好工作。从这些成功的理论中窃取，科学家们叫任何超小引力理论为“量子引力”。

    虽然还没有成功的量子引力理论被设计了，但科学家们用其他理论作为一个指导来帮助憧憬引力的量子理论可能预测的。在电磁学中，力被叫光子的粒子传递。一个带电的粒子发射一个光子，然后光子旅行到另一个光子。发送和接收的粒子都会反弹，变化它们的方向。因为粒子改变它们的运动，电磁是最肯定的一种力。

    对引力，物理学家想象叫“引力子”的携带力的粒子在大质量亚原子粒子之间跳跃，这将造成它们来反弹和移动。这样，在量子尺度上引力是一种力，远像电磁是的一样。只有当许多引力子的效应一起工作时，在更大的尺度上引力出现是空时的扭曲。

如此，引力是一种力吗？

    所有这些都将我们带回到最初的问题：引力是一种力吗？答案是模糊的。在这个词的最简单定义中它清楚的是一种力。但我们也知道，爱因斯坦的理论摆出的引力对源自空时的扭曲是一个难以置信成功的模型。因此，也许我们已经达到了科学的禅的时刻：引力刚好是的。或者套用阿甘的话，“引力就像引力做的一样。 

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