牛顿的物理学体系
牛顿是近代物理学之父,可以说是物理学的鼻祖。那他为什么会有如此高的声誉呢?真的是因为牛顿提出了力学三大定律和万有引力定律么?
其实,并不是,牛顿其实干了一件前无古人的事情,这件事情就是:开创了科学的范式。这话从何说起呢?
我们都知道,牛顿的著作是《自然哲学的数学原理》,这其实是一本划时代的书。
在这本书当中,牛顿把他的工作方法运用得淋漓尽致,以至于直接定义了科学的范式。具体来说是这样的,牛顿在这本书的前面几十页,就各种物理量下了定义,我们现在熟悉的“质量”、“力”等常用的物理量就是牛顿给取的名字,下的定义。
而且牛顿不仅仅做了这点工作,更重要的是,他认为定义本身要满足两个要求:可以用被测量,其次可以用实验来验证这个定义。如果仔细看一下质量的定义,就会发现,牛顿除了对这个定义进行了量化的描述,还用实验对这个定义的正确性进行了验证,并且赋有详细的实验操作方法。
如果我们现在看物理学教材甚至是学术专著,基本上都是在走这个套路,先定义,然后量化,再进行实验。
牛顿的万有引力真的存在么?
而我们说的万有引力,本质上并不存在“万有引力”,为什么这么说呢?
其实万有引力是基于现象给出的。具体来说是这样的,牛顿看到了万物都有向地面掉落的趋势,而天体会绕着另一个天体转。基于这样的一个现象,他提出了万有引力定律。把物体和物体之间的这种相互作用称为:万有引力。
所以,其实“万有引力”是描述这些现象索取的名字。这就好比名取名字,这个人可能叫做张三,张三只是这个人的代号。如果这个人过几天改名叫做李四,那张三还存在么?所以,本质上是这个人存不存在,而不是这个代号存不存在。同样的道理,万有引力描述的就是万物彼此吸引的现象,这个现象是客观存在的,你可以任意给它取名字,牛顿管这个叫做万有引力,你当然也可以管着叫做其他的。
可能你要说了,这不是强词夺理么?
事实上,并非如此,“万物彼此吸引”在牛顿这里叫做万有引力,可是到了其他物理学家那里还真的被改了名字。同样是看到“万物彼此吸引”的现象,爱因斯坦就给出了他关于这个现象的不同看法。
爱因斯坦的广义相对论
爱因斯坦对于这个现象的定义是这样的:时空的弯曲。
那这个问题该咋理解呢?爱因斯坦其实在1905年的时候,发表了四篇开创性的论文,后两篇后来并称为狭义相对论。在狭义相对论当中,爱因斯坦统一了“时间”和“空间”,并认为他们应该被并称为:时空。而我们所生活的世界就是一个四维时空。
而物体的质量是会造成时空的弯曲,地球之所以可以绕着太阳转,本质上是因为太阳的质量使得周围的时空发生了弯曲,而地球其实是沿着四维时空的测地线(四维时空的“直线”)在运动。
看到了没有?基于同样的现象,爱因斯坦可以给出完全不同于牛顿的解释,而且命名完全不一样,难道在爱因斯坦的体系里万有引力就不存在了么?
所以,我们要透过理论看本质,本质其实就是现象,只是描述的方式不同罢了。
那意思是不是说,谁都可以来给这个现象赋予一个理论?事实上,就是如此。但是并不是说任意的人只要提出关于这个现象的理论就会被接受。
一个理论最终是不是被接受是要经过非常严格的同行评议的。就拿牛顿理论来说,他之所以被广泛接受,就是它的真的很准确,甚至可以只靠笔和纸就能预言海王星的存在。
而且同行还会想尽办法来刁难,挑刺。爱因斯坦的理论能被广泛接受,也是因为经历了许多年,许多的科学家试图用不同的方式去证明相对论是错的,但都没能成功。而且在许多情况下,爱因斯坦的理论甚至比牛顿的更加精确,这才被广泛接受。所以,只有经得起考验的理论才会最终成为一个主流理论。
总结
最后,我们来总结一下,万有引力其实代指的是一个现象,这个现象就是:万物彼此吸引。万有引力只是牛顿体系下对于这个现象的一种描述。而不同的人可能给出不同的描述,比如,爱因斯坦对这个现象的描述就是时空的弯曲。因此,存在的是现象,而不是命名。