導(dǎo)讀：引力是時空彎曲的幾何效應(yīng)，其底層邏輯意味著什么？你思考了嗎？

引力理論為何讓人困惑

——靈遁者

有很多想說的話，一時不知道該怎么開口。當(dāng)一件事情你不知道怎么開口，說明心里不清楚，或者說不靠譜。每個人都是第一次做人，跌跌撞撞，就像摸著石頭過河。人類也是這樣。

當(dāng)你知道的越多的時候，你的失落感會逐漸增加，我相信那些偉大的科學(xué)家內(nèi)心一定是這樣的。我寫科普的目的和初衷似乎慢慢變了，不是告訴人們你要相信時間是存在的，你要相信四維時空理論……目的和初衷似乎變成了自我革命，自我崇拜和自我安慰。

誰是人間清醒？似乎誰也不是。我和很多人一樣相信相對論是正確的，相信愛因斯坦是正確的。狹義相對論改變了我們以往的時空觀，廣義相對論又解釋了引力?？墒窍鄬φ搸淼捏@喜，似乎和它帶來的問號一樣多。就引力的成因是時空彎曲，你真的好好思索了嗎？你是贊同還是反對？牛頓萬有引力理論竟然是物體在低速狀態(tài)下的情況？現(xiàn)在引力理論又不能納入到量子力學(xué)中去？一個“引力”有兩套理論，分“高速”和“低速”；整個物理系統(tǒng)又分“經(jīng)典宏觀”和“微觀量子”，再去看看諸如慣性，電磁力等知識……就越來越有意思了。

為什么越來越有意思了，你來聽，我來說。廣義相對論說引力是時空彎曲的產(chǎn)物，這是引力的本質(zhì)。沒錯，各位，你要相信愛因斯坦的大腦，他是經(jīng)過嚴(yán)密的推理和想象才天才般得出這一結(jié)論。不能因為你不理解什么叫時空，什么叫時空彎曲等，就說這個東西太玄乎。別忘了這理論經(jīng)過了多少次實驗的驗證了，在鐵的事實面前，你不理解，就只能先考慮自己的問題和能力。但這個理論確實有矛盾之處，不知道愛因斯坦自己是如何思考的？我們都知道，愛因斯坦后半生一直在致力于建立一個統(tǒng)一場論，但沒有成功。其實愛因斯坦的初衷是把電磁力和引力統(tǒng)一起來，這是他理解的“統(tǒng)一場”。因為愛因斯坦是1955年去世的，而強(qiáng)力的發(fā)現(xiàn)是在1973年，提出者是格羅斯和湯川秀樹等人。弱力的發(fā)現(xiàn)大概是在1933年，提出者恩里科·費(fèi)米。所以準(zhǔn)確來說，愛因斯坦知道宇宙中有三種基本力，那就是引力，電磁力以及弱力。所以說他要做真正意義上的統(tǒng)一場論的歷史條件就不具備。

陳述完這個事實之后，我要點(diǎn)明的重點(diǎn)是，引力不能納入量子力學(xué)體系中來，問題就出在廣義相對論上，即愛因斯坦在廣義相對論里把引力看成是時空彎曲的幾何效應(yīng)。這話的底層邏輯是什么？是說引力不是力！或者說它是一個虛擬力。那什么叫幾何效應(yīng)？我建議你直接把“幾何”二字換成“數(shù)學(xué)”，即引力就變成了數(shù)學(xué)效應(yīng)了。這就是它讓人難以接受的點(diǎn)。我們說月球繞著地球轉(zhuǎn)，是因為有無形的引力拉著月球，才使得它圍繞在地球周圍，這是高中知識。大學(xué)學(xué)了廣義相對論之后，你告訴我這是假象，引力是幾何效應(yīng)，時空彎曲產(chǎn)生引力。這個彎轉(zhuǎn)得太急了，很多人都反應(yīng)不過來，也難怪我們會把車開到“溝里”去，然后使勁得往上爬，這么多年了，好像也爬不出來。

月球繞著地球轉(zhuǎn)，地球繞著太陽轉(zhuǎn)，那是客觀的運(yùn)動，時時刻刻運(yùn)動狀態(tài)在改變，而力才是維持物體運(yùn)動狀態(tài)改變的原因，現(xiàn)在說引力不是實實在在的力，是時空彎曲的幾何效應(yīng)。確實想象不來啊。可是愛因斯坦的論證，就是那么清新脫俗，有理有據(jù)，讓人不得不相信。

而老師和科學(xué)家告訴你，牛頓引力和愛因斯坦引力各有特長，適用于不同的情況，就是它們都好，你看情況用。但牛頓引力和愛因斯坦引力之間的矛盾，卻擱置至今，好像沒有辦法解釋。

問題本身就是答案，一個問題沒有辦法解釋的時候，就說明它需要一個更好的答案！那這個答案是什么？你先好好想想。

你們知道承認(rèn)引力是幾何效應(yīng)之后，意味著什么嗎？其實本身就意味這它無法納入到量子力學(xué)體系中來了，更何談統(tǒng)一場論呢。很明顯啊，引力是時空彎曲效應(yīng)的話，引力就不需要引力子這個概念了，這個是多余的。而宇宙中的其他三種力，可都是有傳遞力的粒子啊。電磁力是由光子傳遞相互作用，強(qiáng)力是由膠子傳遞相互作用，弱力是由W和Z玻色子傳遞相互作用。引力呢？如果引力是時空彎曲效應(yīng)的話，那就不會有引力子啊。

有的網(wǎng)文說，有引力子是從量子力學(xué)層面考慮的，和愛因斯坦這個引力理論在宏觀解釋上不沖突，引力子是引力在量子力學(xué)中的傳遞力。你思考這個解釋合理嗎？我都沒有評價的沖動。

引力如果是時空彎曲的幾何效應(yīng)，那么連“引力量子化”都是一個多余的詞匯，那么談不上引力量子化，引力怎么納入到規(guī)范場論中去呢。所以這就是我為什么說，相對論帶給我們的驚喜有多少，疑問就有多少。

關(guān)于廣義相對論所帶來的人們理解引力的矛盾，正是它被各方抨擊的原因。人們總是覺得它哪里有問題，但說不清，所以各種關(guān)于相對論的修改和指責(zé)就蜂擁而來。官方【指教科書】也沒有及時站出來站隊，所以混亂就一直存在。那么相對論真有問題？關(guān)鍵是問題在哪里？

各位，不要那樣想，你得相信那一波智力極高，又極其勤奮的科學(xué)家，他們不比我們差。而且他們抱著懷疑的態(tài)度，不斷地去花費(fèi)人力和物力去驗證了，驗證結(jié)果喜人，愛因斯坦等人正確。

那這就怪了，難道真的我們知識匱乏，想象力不足，沒有辦法來理解這其中的奧秘嗎？沒錯，還真就有這樣的情況，在你不理解光速不變，以及不掌握平面空間和黎曼空間等知識的情況下，還真不好理解他是怎么推理得來的。別說咱們了，愛因斯坦從狹義相對論到廣義相對論，走了10年時間啊。沒錯，你確實應(yīng)該懷疑自己，畢竟從三維時空到四維時空，需要理解的內(nèi)容有很多。而四維時空，再到五維時空那就更難了。我不止一次，試圖思考五維時空的樣子，很抱歉，感覺從來沒有得到任何一點(diǎn)具象信息，完全想不到五維到底是個樣子。

那怎么解決混亂，就讓它繼續(xù)混亂嗎？不行啊，得做點(diǎn)什么啊。

我和很多人一樣，我反復(fù)查看狹義相對論和廣義相對論成立的條件，找不出一點(diǎn)毛病，沒錯，狹義和廣義相對論正確！如此，我就在想，在承認(rèn)它正確的前提下，怎么解釋當(dāng)下的問題。我試著給了一個答案，那就是理論是正確的，在解釋的時候出錯了。什么意思，就是說不能把引力解釋為時空彎曲的幾何效應(yīng)，不能解釋為時空曲率。那怎么解釋呢？與其解釋為時空彎曲的幾何效應(yīng)，不如解釋為時空性質(zhì)。

回溯狹義和廣義相對論的成立條件，都指向了一個什么概念？你應(yīng)該去思考這個問題。答案是慣性。回溯牛頓力學(xué)體系，指向了什么概念？答案還是慣性！大學(xué)生和博士生，一看就懂了。但初中和高中生可能還一時不太懂，為什么這么說？

我簡單地說一下，牛頓三大定理的根基是什么？是慣性定律。而牛頓引力公式是怎么推導(dǎo)出來的？高中推導(dǎo)過的同學(xué)都清楚，離不開牛頓三大定理。而愛因斯坦的狹義和廣義相對論成立的條件，比如等效原理，廣義相對性原理，狹義相對性原理，哪一個前提不是“慣性”？都是離不開“慣性”。愛因斯坦關(guān)于等效原理的來源是什么？是慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量嚴(yán)格相等。而廣義和狹義相對性原理，是關(guān)于慣性系和非慣性系之間的內(nèi)容。所以你發(fā)現(xiàn)了沒有，慣性概念太重要，不理解這個，是我們懵懂和混亂的根本原因！

這也是我為何在科普書籍《變化》一書中明確說：慣性才是近代物理學(xué)的基石！我寫科普的起心動念也是從“慣性”這個點(diǎn)開始的，從這個好奇開始的。結(jié)果開始后，就停不下來了。

我們是如何解釋慣性的？教科書說上說慣性是物體的固有屬性，它是一種抵抗現(xiàn)象，它存在于每一物體當(dāng)中，大小與該物體的質(zhì)量成正比，并盡量使其保持現(xiàn)有的狀態(tài)，不論是靜止?fàn)顟B(tài)，或是勻速直線運(yùn)動狀態(tài)。

也就是說，為什么物體具有慣性，我們不知道，我們就說它是物體的固有屬性?？墒俏矬w無緣無故就會具有慣性嗎？我有點(diǎn)不相信，所以就試著回答這個問題了。很明顯，因為我意識到，不回答清楚這個問題，物理的“上層建筑”你理解不了。

讀過前面章節(jié)的朋友，已經(jīng)知道了，我給出答案是：引力使得物體具有慣性。

你如果比較敏感的話，現(xiàn)在再回頭思考愛因斯坦說引力是時空彎曲產(chǎn)生的，結(jié)合慣性兩個字，你可能更有啟發(fā)。因為你會想到“慣性力”這個概念！大家都知道慣性力不是真實的力，但慣性力是客觀存在的！慣性力對于洋流，大氣對流都有實打?qū)嵉淖饔?，我們叫它科里奧利力。我旨在說明什么？并不是說愛氏口中的引力和慣性力類似，而是提供了換一個角度理解事物的作用。這樣的話，引力就不再是幾何效應(yīng)了，是有根據(jù)的。

有人可能會問，為什么不把引力理解為類似慣性力這樣的存在呢？其實很簡單，理解為“慣性力”這樣的存在，問題依然多，引力子，引力量子化，統(tǒng)一場論……都依然不能實現(xiàn)。有的同學(xué)會提問，不能實現(xiàn)就不能，非要實現(xiàn)統(tǒng)一場論嗎？當(dāng)然，這不是必須要實現(xiàn)的。但是從邏輯和哲學(xué)上來說，萬物是有聯(lián)系的，我們在相信這個哲學(xué)認(rèn)識的前提下，自然而然的就能想到把基本力聯(lián)系起來，可是現(xiàn)在聯(lián)系不起來。

該怎么辦呢？兩個方向，其一是繼續(xù)“深化改革”，從現(xiàn)有理論入手；而另一個方向是干脆放棄現(xiàn)有理論，另起爐灶，另辟蹊徑來完成大統(tǒng)一理論。于是弦論就應(yīng)用而生，弦論中傳遞基本的力不再是各式各樣的粒子了，而是一根根振動的“弦”。同樣，該理論帶來驚喜的同時，也帶來了問題，那就是高維度問題，而且不是一般地高。高到好像根本無法觸及，就像我說我連五維度空間是什么樣都想象不來，我該怎么去想象11維空間？而且弦論可不是普通人“想玩就玩”。那是高度數(shù)學(xué)化的理論，我這種業(yè)余級別的，看都看不懂。

再回到慣性中來，這個問題你必須思考。慣性力不是力，可是為什么慣性力對物體有實實在在的作用？各位，這是一個重點(diǎn)問題，圈起來，在我這，是必考問題啊。因為你同樣要問，如果引力不是力，是幾何效應(yīng)，為何能產(chǎn)生實實在在的作用？這樣問沒毛病吧。

來，發(fā)揮你的想象力，跟著我的思路走。你現(xiàn)在想象有一輛車，車中間用繩子掛個鐵球，車子加速向前行駛，車中的鐵球會向后擺，如果車子是勻速加速的，那么鐵球會始終向后擺。這個經(jīng)驗大家應(yīng)該有，就類似于坐車體會到的推背感。問題來了，為什么鐵球向后擺？答案肯定受到力了?？墒菦]有施力物體呀，同學(xué)們很自然的就說，是因為鐵球受到了一個慣性力啊。可是為什么會受到慣性力??？我們繼續(xù)分析會發(fā)現(xiàn)，是車子運(yùn)動，才使得鐵球受到一個慣性力。

慣性力與真實力的作用其實是一樣的，之所以把它當(dāng)作假想力，是因為我們把力定義為力是物體間的相互作用。慣性力找不到一個施力物體，自然就不是真力。而且我們的經(jīng)驗告訴我們，車子加速越快，推背感越強(qiáng)，也就是說慣性力越大。為什么呢？不是慣性只和質(zhì)量有關(guān)系嗎？沒錯，慣性只和質(zhì)量有關(guān)系，可慣性力不是啊。根據(jù)牛頓第二定理F=ma，我們可以看出來，質(zhì)量一定的情況下，加速度越大，力就越大，這就是為什么推背感越強(qiáng)的原因了。

而我要說的是，那我們可不可以認(rèn)為慣性力是由加速運(yùn)動產(chǎn)生的？無獨(dú)有偶，相對論中有一個效應(yīng)叫質(zhì)增效應(yīng)。即狹義相對論認(rèn)為，物體的慣性質(zhì)量隨其運(yùn)動速度的增加而加大，速度趨于光速時，慣性質(zhì)量趨于無限大。這是不是意味著運(yùn)動能產(chǎn)生質(zhì)量？這對于普通大眾來說，又是不好理解的。運(yùn)動就能產(chǎn)生質(zhì)量，那不等于無中生有嗎？事實就是，科學(xué)家已經(jīng)證明了質(zhì)增效應(yīng)是存在的。所以說不是無中生有，不是還有“運(yùn)動”嗎？你只要回答，為什么會產(chǎn)生這種效應(yīng)就OK了。

運(yùn)動的物體質(zhì)量增加，這是因為引力的本源是時空，即時空使得物體具有引力。時空本質(zhì)上也是物質(zhì)時空，能量時空。對于運(yùn)動的物體，會附加能量給物體。即高速運(yùn)動物體會迫使空間能量“粘貼”在它身上，這種效應(yīng)和量子力學(xué)中發(fā)展的“希格斯機(jī)制”如出一轍。其實這是一種束縛態(tài)，束縛了物體運(yùn)動速度增加，這也是為什么光速無法超越。從惠勒那句經(jīng)典的廣義相對論表述：物質(zhì)告訴時空如何彎曲，時空告訴物質(zhì)如何運(yùn)動。就能清楚的明白，為什么說引力使得物體具有慣性，而時空使得物體具有引力。

慣性是萬有的，引力也是萬有的。維持物體運(yùn)動的原因是什么？是慣性！你再結(jié)合時空告訴物質(zhì)如何運(yùn)動這句話，是不是有啟發(fā)了？時空和慣性兩個概念，第一次走得那么近。想到時空一定要想到廣域的場的概念，時空場的代名詞是什么？是引力場！所以引力才是使得物質(zhì)具有慣性的根本原因。

有人會問，為什么不直接說時空場產(chǎn)生慣性？在《變化》前幾章我就說了，如果直接這樣做，就會出現(xiàn)超距作用，而光速不能超光速，不然和廣義相對論成立的條件沖突。知道馬赫原理嗎？馬赫原理就出現(xiàn)了超距作用，這是主流科學(xué)拒絕他的原因。但愛因斯坦從馬赫原理受到了啟發(fā)，發(fā)展了廣義相對論。

引力也是萬有的，所以是一種廣域的作用，所以自然而然的想到了時空。時空使得物體產(chǎn)生引力。所以廣義相對論的場方程，也叫宇宙場方程。所以廣義相對論的引力理論和牛頓引力理論的根本區(qū)別，也就清楚了，確實是由于運(yùn)動導(dǎo)致。低速情況下，近視于慣性系中，牛頓引力適用；高速情況下，在非慣性系中，就必須用到廣義相對論了。

能量子化的東西，一定是實實在在的東西。而引力場或者時空場一定是實實在在的東西，它理論上可以實現(xiàn)量子化。這對于廣義相對論能納入到量子力學(xué)中去是積極的信號。

現(xiàn)在強(qiáng)力，弱力，電磁力是統(tǒng)一了，但引力還沒有被統(tǒng)一進(jìn)來。愛因斯坦致力于統(tǒng)一引力和電磁力到現(xiàn)在也還沒有完成。也是，如果引力可以和電磁力統(tǒng)一，自然就說明四種力可以統(tǒng)一。

有讀者問了這樣一個問題：網(wǎng)上說磁場是電場的相對論效應(yīng)，這不就是說電磁場和相對論有關(guān)系嗎？這樣認(rèn)為太表面了。磁場是電磁場的相對論效應(yīng)， 其實還是說磁場可以由電場經(jīng)相對論性轉(zhuǎn)換得到，而且這樣轉(zhuǎn)化和狹義相對論密切，和廣義相對論沒有直接關(guān)系。而廣義相對論才是引力理論，所以說引力和電磁力至今還未統(tǒng)一。

此時我又想到一個比較科幻的想法，大概是這樣的，物理世界呢，虛粒子經(jīng)由希格斯場獲得質(zhì)量，在獲得質(zhì)量的一瞬間，被物理世界的規(guī)則束縛和演變【規(guī)則指規(guī)范場論體系】，從而形成了現(xiàn)在的花花世界。我們繼續(xù)假設(shè)引力就是幾何效應(yīng)，那么可以認(rèn)為引力就是現(xiàn)實世界的BUG，因為它不是真實的，是數(shù)學(xué)的。那么就意外的透露了，這個世界歸根結(jié)底是數(shù)學(xué)的，不是真實的。那么在座的各位，是數(shù)學(xué)的，還是真實的？還是說引力這個BUG只是在我們這個維度是BUG，如果我們可以認(rèn)識到五維時空，那么理解引力就輕而易舉。

你怎么看，你怎么想？別忘了，世界是我的，世界也是你的。

2021年12月31日。

獨(dú)立學(xué)者，作家，藝術(shù)家靈遁者科普。本文會收錄在靈遁者科普書籍《變化》一書中。