引力是人類最熟悉的一種力引力與相對論天體物理,它最先由牛頓系統歸納總結,弄成了牛頓萬有引力定理,從星球運行到細胞分裂都遭到了牛頓萬有引力的影響。
但是牛頓的引力理論并不是完美的,19世紀末到20世紀初,以愛因斯坦為首的新派數學學家門發覺:在強引力和近光速運動過程中,牛頓的萬有引力定理是失效的,哪怕是預測水星近動問題,牛頓萬有引力的估算結果和實際觀測結果也存在難以容忍的偏差。
基于這些情況,愛因斯坦以光速不變且不可被趕超為基礎,成立了廣義相對論這一新的引力理論,在廣義相對論中,宇宙時空弄成了飽含彈性的薄膜,質量不同的天體在薄膜上壓出了凹坑,而這些凹坑會偏轉光前進的角度,假如凹坑過分深的話,就會形成黑洞。
在廣義相對論的指引下引力與相對論天體物理,數學學家用日食時太陽背后星光的位置,與傍晚同一方位星體的位置進行對比后,確定了太陽引力確實會偏轉后方星體發出的光。
同樣是靠著相對論,天文學家在宇宙中發覺了黑洞,發覺了引力波,發覺了引力透鏡,但這能夠證明廣義相對論是正確的嗎?
要曉得從愛因斯坦提出廣義相對論開始,數學學界就有了不同的聲音,由于這個理論太過顛覆性,所以諾獎委員會也沒給愛因斯坦的廣義相對論頒獎,在這些情況下,明天的數學學界仍在找尋廣義相對論的紕漏,但是她們雖然真的找到了。
目前最新的有關廣義相對論的紕漏,坐落百億光年外的宇宙深處,是宇宙學家們在研究可觀測宇宙的大尺度結構時發覺的。
簡而言之就是
宇宙學家們發覺我們的宇宙正在加速膨脹,絕大部份星體都在遠離月球和銀河系,且距離月球越遠的星體遠離的速率越快,但按照廣義相對論的引力場多項式,我們的宇宙應當是穩恒態才對,廣義相對論并不容許一個動態的宇宙出現!
但目前所有的觀測結果卻都表明,宇宙確實是在加速膨脹,這些與廣義相對論相違逆的情況出現后,化學學家們只能構想宇宙中還存在暗物質和暗能量,這兩個廣義相對論中沒能預言的誘因,致使了目前宇宙加速膨脹的發生。
在這些情況下,愛因斯坦廣義相對論這個有關于引力的理論就必須得到修正了,由于暗物質和暗能量加上去占了宇宙質能總數的95%,而廣義相對論描述的普通物質之間的引力作用,只占了全宇宙質能總數的5%,有高達95%的范圍是廣義相對論沒有概括的!
種種征兆都表明,廣義相對論須要像當初的牛頓萬有引力定理一樣被修正,即加入有關暗物質和暗能量的內容,這么人類文明的下一個引力理論會是哪些呢?
霍金生前研究的量子引力論其實是一條出路
所謂量子引力論,就是把解釋微觀世界的量子熱學和解釋宏觀宇宙的廣義相對論相結合的新引力理論,盡管數學學界早在20世紀下半葉就開始為這個理論而努力,但包括費曼在內的老一輩化學學家,以及包括霍金和基普索恩在內的21世紀數學學家,都還沒能完成量子引力論的建立,由于兩個理論太難自洽了。
例如量子熱學覺得萬物是由基本粒子構成的,因而也該有引力子存在,但廣義相對論覺得引力是時空彎曲造成的,而不是哪些引力子的交換。
再例如廣義相對論直言自己會在黑洞奇點處失效,但奇點附近的量子效應又是真實存在的,又未能與相對論兼容了。
以上種種矛盾,都決定了新理論是很難在短時間內被創造下來的,而下一位媲美愛因斯坦的天才數學學家又不曉得哪些時侯才會出現,所以在可以預見的未來,廣義相對論的缺陷將常年存在。
不過好在目前的應用科學還很落后,完全沒涉及到廣義相對論中關于大尺度宇宙的部份,所以缺陷暫時不會影響到人類文明。