為什么會(huì)有引力 引力是空間彎曲還是能量場(chǎng) 物質(zhì)和能量的關(guān)系

物理學(xué)中存在一個(gè)至今無(wú)法完全解釋的力學(xué)現(xiàn)象，即萬(wàn)有引力。愛(ài)因斯坦將引力定義為大質(zhì)量物體對(duì)空間的彎曲，類比于在一個(gè)平坦的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)上放置一顆有質(zhì)量的球，球會(huì)扭曲網(wǎng)格形成漏斗狀，而另一顆小質(zhì)量球進(jìn)入時(shí)，將沿著彎曲的切線運(yùn)動(dòng)，形成旋轉(zhuǎn)軌道。

一、為什么有質(zhì)量的物體會(huì)扭曲空間仍然沒(méi)有得到完整解釋

我們知道引力的強(qiáng)度與質(zhì)量和距離有關(guān)，質(zhì)量越大、距離越近，受到的引力越強(qiáng)。引力透鏡原理表明引力不僅影響有質(zhì)量的物體，還會(huì)影響無(wú)靜質(zhì)量的光，因此引力作為空間彎曲的理論得到了廣泛認(rèn)可。然而，即使我們將引力歸因于空間彎曲，為什么空間會(huì)彎曲呢？換句話說(shuō)，為什么質(zhì)量會(huì)影響空間的平坦性？從各種天體引力的強(qiáng)弱來(lái)看，體積對(duì)天體幾乎沒(méi)有影響，體積與引力之間的關(guān)系僅僅取決于物體之間的距離限制。例如，體積相對(duì)較小的黑洞和中子星與超大質(zhì)量恒星相比，引力強(qiáng)得多。在相同體積下，質(zhì)量的大小決定了引力的強(qiáng)弱，也可以理解為在相同距離下，質(zhì)量的大小影響引力的強(qiáng)弱。

二、為什么質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生引力

我們需要弄清楚一個(gè)問(wèn)題，即質(zhì)量是什么？質(zhì)量可以理解為物質(zhì)的總量，我們所說(shuō)的質(zhì)量單位只是我們自己的定義。換言之，質(zhì)量只是計(jì)量物質(zhì)的工具。如果我們將一個(gè)質(zhì)子的質(zhì)量定義為1，那么10個(gè)質(zhì)子的質(zhì)量就是10。這與我們所說(shuō)的千克、克沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別。換句話說(shuō)，質(zhì)量實(shí)際上是構(gòu)成物質(zhì)微觀粒子的總和。

三、物質(zhì)的本質(zhì)是什么

從初中開(kāi)始，我們就學(xué)習(xí)了愛(ài)因斯坦的質(zhì)能公式，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是E=mc²。這個(gè)公式意味著能量是質(zhì)量和光速的平方的乘積，反過(guò)來(lái)看，質(zhì)量和能量可以互相轉(zhuǎn)換。目前，最強(qiáng)大的炸彈是氫彈，而氫彈的原理實(shí)際上就是將質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量。此外，根據(jù)反物質(zhì)的研究，正反物質(zhì)相遇會(huì)直接湮滅，并將等量的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為能量。這些事實(shí)表明，物質(zhì)實(shí)際上是能量的另一種形式。

我們可以認(rèn)為任何有質(zhì)量的物體都是能量，無(wú)論是質(zhì)量超大的黑洞還是一粒塵埃，其本質(zhì)都是能量。因此，我們可以認(rèn)為產(chǎn)生引力或?qū)е驴臻g彎曲的不是質(zhì)量本身，而是高度集中的能量聚合體。

四、為什么能量會(huì)產(chǎn)生引力或?qū)е驴臻g彎曲

根據(jù)廣義相對(duì)論，質(zhì)量和能量實(shí)際上是扭曲時(shí)空的源。質(zhì)量和能量會(huì)使周圍的時(shí)空發(fā)生彎曲，就像將一個(gè)重物放在彈性布料上，使其形成一個(gè)凹陷的形狀。其他物體在這個(gè)凹陷的形狀中運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)被引力作用所影響，沿著彎曲的路徑運(yùn)動(dòng)。

具體來(lái)說(shuō)，引力可以被視為物體在彎曲時(shí)空中沿著最陡峭下降的路徑運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。這個(gè)路徑被稱為測(cè)地線，類似于在山坡上滾下去的小球所遵循的路徑。質(zhì)量和能量扭曲了時(shí)空，使測(cè)地線發(fā)生彎曲，而物體沿著這曲線運(yùn)動(dòng)，給人一種引力的感覺(jué)。

值得注意的是，引力不僅僅是由質(zhì)量產(chǎn)生的，能量也可以產(chǎn)生引力。事實(shí)上，根據(jù)質(zhì)能等效原理，質(zhì)量和能量是可以相互轉(zhuǎn)換的，它們之間沒(méi)有本質(zhì)的區(qū)別。因此，任何形式的能量，無(wú)論是來(lái)自質(zhì)量、動(dòng)能、勢(shì)能或電磁輻射等，都會(huì)在廣義相對(duì)論中產(chǎn)生引力效應(yīng)。

引力是由質(zhì)量和能量扭曲時(shí)空而產(chǎn)生的。質(zhì)量和能量使時(shí)空形成一個(gè)彎曲的結(jié)構(gòu)，物體在這個(gè)彎曲的時(shí)空中沿著測(cè)地線運(yùn)動(dòng)，表現(xiàn)出引力的效應(yīng)。因此，我們可以超越質(zhì)量的概念，將引力解釋為能量場(chǎng)對(duì)時(shí)空的影響。