導(dǎo)讀：牛頓沒有錯(cuò)，愛因斯坦也沒有錯(cuò)，錯(cuò)的是我們，我們理解錯(cuò)了。本文全文5400字，閱讀得半小時(shí)，因?yàn)榈眉?xì)品，才能懂。如果你看不懂，發(fā)給你正上高中，大學(xué)，研究生的兒子女兒，讓他們讀讀。對(duì)他們的研究是一個(gè)啟發(fā)。

從引力常數(shù)來談?wù)剰V義相對(duì)論

——靈遁者

我覺得我有責(zé)任和必要，從另一個(gè)角度談?wù)勔Γ褪强梢詮囊Τ?shù)角度來談?wù)剰V義相對(duì)論。施一公教授說過這樣的話：“科學(xué)上沒有所謂的真理。在課堂上學(xué)到的所有定理、公理，都是前人對(duì)自然現(xiàn)象的歸納總結(jié)，是現(xiàn)狀下最好的歸納總結(jié)?？茖W(xué)研究中沒有絕對(duì)的真理，只有不斷改進(jìn)的人類對(duì)自然的認(rèn)識(shí)?！?/p>

柏拉圖的洞穴隱喻，大家都知道吧，其實(shí)就是在反映施一公所說的話。洞穴里面的人，從未看到過外面，所以自然以為墻上的影子是真實(shí)的，是事實(shí)，是真理?？墒钱?dāng)他們有一天走出洞穴之后，就會(huì)完全否定之前所有的認(rèn)識(shí)。

我們每個(gè)人周遭的環(huán)境何嘗不是洞穴呢？每個(gè)人成長(zhǎng)的環(huán)境,受到的教育以及自己的行為習(xí)慣等，都異于常人，會(huì)形成一套固有的思維模式，思維主觀和狹隘再所難免。我們?cè)谒伎紗栴}的時(shí)候，總是以人自身的角度去思考，去判斷，自然就無法看到真實(shí)而廣闊的世界。所以我在哲學(xué)書籍《重構(gòu)世界》中反復(fù)強(qiáng)調(diào)，人是一種屬性，人是一種局限，跨越屬性的認(rèn)識(shí)很難得到。

如果我們要去尋求世界的真理，首先要破除固有思維的枷鎖，以第三者的角度來審視這個(gè)世界，這樣才能看得更全，更深刻。

牛頓相對(duì)于他同時(shí)代的人，就是第一個(gè)走出“洞穴”的人，他看到了什么是世界的真理。他明白了萬(wàn)物為什么會(huì)相互吸引，就是因?yàn)槿f(wàn)有引力定理。同樣，愛因斯坦也走出了“洞穴”，看到了更大的天地，得到了與牛頓不一樣的認(rèn)識(shí)。所以牛頓的理論是真理，愛因斯坦的理論也是真理，從牛頓到愛因斯坦我們看到了，真理在隨著認(rèn)識(shí)在變化，在深化。

廣義相對(duì)論是愛因斯坦在20世紀(jì)初期提出的一種物理學(xué)理論，旨在解釋引力、慣性和空間幾何形態(tài)之間的關(guān)系。該理論最初的建立目的是為了解決牛頓引力理論無法解釋的問題，例如水星進(jìn)動(dòng)現(xiàn)象和光線偏轉(zhuǎn)等現(xiàn)象。

廣義相對(duì)論的建立過程大致可以分為以下幾個(gè)步驟：

愛因斯坦開始思考關(guān)于引力和慣性的本質(zhì)問題，嘗試將牛頓引力理論和狹義相對(duì)論進(jìn)行統(tǒng)一，并推測(cè)重力場(chǎng)可能是時(shí)空曲率造成的。但至今，人們并未搞清楚是什么使得物體具有慣性。人們似乎搞清楚了引力產(chǎn)生的原因了。

愛因斯坦提出等效原理，即所有引力現(xiàn)象都可以被視為時(shí)空曲率效應(yīng)，這種效應(yīng)對(duì)于運(yùn)動(dòng)和觀測(cè)者的狀態(tài)并無差別。

愛因斯坦在此基礎(chǔ)上提出了廣義相對(duì)論的理論框架：他認(rèn)為物質(zhì)或能量會(huì)使得時(shí)空彎曲，而這些物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)就是受到這種彎曲的影響，這種影響就表現(xiàn)為引力作用。通俗的說，就是物質(zhì)告訴時(shí)空如何彎曲，時(shí)空告訴物質(zhì)如何運(yùn)動(dòng)。

愛因斯坦利用場(chǎng)方程組和守恒定律等物理學(xué)原理，推導(dǎo)出了廣義相對(duì)論的核心公式——愛因斯坦場(chǎng)方程，并進(jìn)一步研究了在強(qiáng)引力、高速運(yùn)動(dòng)和暗物質(zhì)等多種極端物理情境下廣義相對(duì)論的運(yùn)作方式。

總之，廣義相對(duì)論是基于一系列新的物理假設(shè)和數(shù)學(xué)方法，旨在解釋引力、慣性和空間幾何形態(tài)之間的關(guān)系。在推導(dǎo)過程中，愛因斯坦深入探索了時(shí)空結(jié)構(gòu)、物質(zhì)和能量、引力場(chǎng)和宇宙學(xué)等問題，并提出了一些新的物理概念和理論框架，為解決多個(gè)自然科學(xué)領(lǐng)域中的問題提供了新的思路和方法。

靈遁者科普四部曲

各位，看完介紹之后，你是不是有耳目一新的感覺？新的物理概念，新的理論框架，讓我們看到了新的認(rèn)識(shí)，這就是脫離“原洞穴”的表現(xiàn)。那么很自然的，我們要問如何脫離“愛因斯坦的洞穴”，產(chǎn)生更加深刻，更加廣闊的認(rèn)識(shí)呢。

就目前而言，在人類還沒有走出銀河系的情況下，好像是相當(dāng)難。就愛因斯坦建立廣義相對(duì)論，也是花費(fèi)了10年時(shí)間，并且是在很多人的幫助下才建立起來的。

廣義相對(duì)論的方程式如下圖所示：

要得到這個(gè)場(chǎng)方程的解很難。我們普通人就一看這個(gè)方程，就有點(diǎn)云里霧里的感覺對(duì)吧。很正常，專業(yè)人士看了和你我的感覺也一樣。我今天要說的，自然不是分析這個(gè)方程，之前分析過左邊是什么，右邊是什么，大家可以在《變化》和《見微知著》中看到。

今天的主題是從引力常數(shù)，來談?wù)剰V義相對(duì)論。廣義相對(duì)論中出現(xiàn)3個(gè)常數(shù)，高中生都能看出來，分別是光速C，π，以及引力常數(shù)G。光這三個(gè)常數(shù)，匯集到一個(gè)方程里，你就要警惕，你要明白，這是個(gè)“大事情”，內(nèi)容一定很深?yuàn)W。

我這樣說，你可能提不起重視來，我給你簡(jiǎn)單分析一下。我喜歡提問，然后自問自答。書中也是，我經(jīng)常問你們，就是希望帶著思維閱讀，而不是看小說似的閱讀。

我問你，光的本質(zhì)是什么？99%的人會(huì)回答光的本質(zhì)是電磁波。沒錯(cuò)，這個(gè)回答正確，但今天正確，明天就不一定正確了。我再問你，光速的本質(zhì)是什么？你也許會(huì)疑惑光的本質(zhì)難道不是光速的本質(zhì)嗎？光是什么和光速是什么不一樣嗎？一樣，也不一樣，看問題的角度不同。比如我們說光的本質(zhì)是電磁波，當(dāng)問光速的本質(zhì)的時(shí)候，是在問電磁波速度的本質(zhì)是什么？為什么是299792458米/S？這個(gè)問題我專門寫過一個(gè)文章標(biāo)題是《光速與真空磁導(dǎo)率以及介電常數(shù)的關(guān)系》。光速等于根號(hào)下1除以真空磁導(dǎo)率與介電常數(shù)的積。數(shù)學(xué)表達(dá)如下圖：

而真空磁導(dǎo)率和真空介電常數(shù)也是常數(shù)。真空磁導(dǎo)率的常數(shù)值為：μ0=4π×10-7牛頓/安培2。真空介電常數(shù)的值為：ε0=8. 854187817×10F/ m（近似值）。感興趣的讀者可以代入這兩個(gè)值，去計(jì)算，就能得到真空光速值。所以常數(shù)C，它又暗含兩個(gè)常數(shù)。所以也可以說，廣義相對(duì)論場(chǎng)方程中有至少4個(gè)常數(shù)。

而光速在真空中是一個(gè)定值，真空磁導(dǎo)率和真空介電常數(shù)也是定值。它們都具有一定的“恒定性”，這是光速不變?cè)淼囊粋€(gè)原因。而真空磁導(dǎo)率和真空介電常數(shù)是與時(shí)空背景有關(guān)的，所以綜合去考量，可以大膽得出光速為什么是光速，光速為什么不能超越。

原因就是光速是時(shí)空使然，光速恒定有時(shí)空背景限制。而光速不能超越，可以認(rèn)為光速是一種時(shí)空束縛態(tài)。物體的能量不可能撼動(dòng)整個(gè)時(shí)空，所以物體的速度就不能超越光速。

所以我在《變化》第四十四章中關(guān)于光的本質(zhì)的時(shí)候?qū)懙溃?strong>光速【真空】是一種時(shí)空束縛態(tài)，光速為定值是時(shí)空使然。也就是時(shí)空告訴物質(zhì)如何運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)就包含了以多大速度運(yùn)動(dòng)。光是物質(zhì)，自然就遵從時(shí)空規(guī)律。

再來說說π，這個(gè)大家太熟悉了。因?yàn)樾W(xué)開始就在用它做各種計(jì)算了。可是當(dāng)我們問π的本質(zhì)是什么？似乎不好回答。簡(jiǎn)單說它是圓周長(zhǎng)與直徑的比值嗎？好像這樣遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。π是一個(gè)無理數(shù)，也是一個(gè)超越數(shù)，這意味著它不是任何有限小數(shù)或分?jǐn)?shù)的精確值，且不能由任何非平凡多項(xiàng)式的系數(shù)表示。

在現(xiàn)代數(shù)學(xué)中，π是一個(gè)隱含在許多不同公式和關(guān)系中的數(shù)學(xué)常數(shù)。π出現(xiàn)在三角函數(shù)、指數(shù)和對(duì)數(shù)函數(shù)的定義和公式中，以及橢圓和積分等術(shù)語(yǔ)中。令人驚奇的是，π似乎可以出現(xiàn)在所有領(lǐng)域的數(shù)學(xué)中，而不僅僅是幾何學(xué)。這導(dǎo)致了一些數(shù)學(xué)家聲稱π是“數(shù)學(xué)中的明星”，因?yàn)榕c它有關(guān)的公式體系涵蓋了數(shù)學(xué)的各個(gè)方面。

Π是數(shù)學(xué)的，但又不只是數(shù)學(xué)的。它自然地浮現(xiàn)在我們生活中的物理現(xiàn)象中。例如，計(jì)算圓的周長(zhǎng)和面積，對(duì)于電磁場(chǎng)方程，到微觀尺度下不同的速度和能量密度都涉及到π。π還與概率和統(tǒng)計(jì)措施相關(guān)。例如，黎曼假設(shè)的證明依賴于質(zhì)數(shù)分布的漸進(jìn)估計(jì)，而這又要使用圓周率。提到黎曼，你一定要想到黎曼空間，這是愛因斯坦廣義相對(duì)論能建立的根本性數(shù)學(xué)工具。

在歷史上，π的計(jì)算一直是人類努力的目標(biāo)。從古希臘的阿基米德制定近似值，到18世紀(jì)歐拉發(fā)現(xiàn)它的無限級(jí)數(shù)，再到20世紀(jì)計(jì)算機(jī)能力的提高，人們一直在尋找更準(zhǔn)確的π的值。目前已經(jīng)計(jì)算了數(shù)萬(wàn)億位的π的小數(shù)點(diǎn)，但我們?nèi)匀粵]有發(fā)現(xiàn)任何模式或規(guī)律。

因此，在我看來，π的本質(zhì)不是普通的常數(shù)，而是一種自然現(xiàn)象，它流淌在數(shù)學(xué)和物理中的方方面面。π是一個(gè)有趣的、深刻的、神秘的數(shù)學(xué)概念，代表著人類超越自己的奇妙努力、數(shù)學(xué)上的獨(dú)立性以及自然現(xiàn)象的美妙和神秘。另一個(gè)星球的人，也肯定在用π，但他們會(huì)不會(huì)單純的說π是周長(zhǎng)和直徑的比值，會(huì)怎么看待π，我們就不知道了。

正如我們對(duì)于光速的認(rèn)識(shí)一樣，如果我們不知道光速是怎么來的，就只能測(cè)量，然后說光速天生就是那樣。就像我們現(xiàn)在解釋慣性，就認(rèn)為慣性是物質(zhì)的屬性，天生如此，無需解釋。這恰恰說明，我們理解的不深刻，我們還在“洞穴中”。

靈遁者自畫像

我分析到這里，你應(yīng)該意識(shí)到了，廣義相對(duì)論方程是很復(fù)雜的，內(nèi)容極大。但我們的分析，才進(jìn)入正題，就是從引力常數(shù)角度，去認(rèn)識(shí)廣義相對(duì)論。

先說引力常數(shù)（G），它是描述任意兩個(gè)物體之間萬(wàn)有引力作用強(qiáng)度的基本物理常數(shù)。引力常數(shù)可以幫助我們量化、計(jì)算物體間的引力大小，從而深入研究萬(wàn)有引力的物理本質(zhì)。

根據(jù)愛因斯坦的廣義相對(duì)論，引力不再被看作是受到其他物質(zhì)體的吸引，而是由時(shí)空彎曲所導(dǎo)致的運(yùn)動(dòng)慣性。具體來說，重力場(chǎng)是物質(zhì)在彎曲時(shí)空中的表現(xiàn)，我們可以通過測(cè)量質(zhì)點(diǎn)之間的引力作用強(qiáng)度和距離，來推導(dǎo)出物質(zhì)之間產(chǎn)生重力場(chǎng)時(shí)所引起的時(shí)空彎曲程度。

盡管引力常數(shù)在物理學(xué)中扮演著重要的角色，但它的確切值并不容易測(cè)量，因?yàn)橄鄬?duì)于其他基本常數(shù)，例如光速等，它的數(shù)值非常微小。此外，引力常數(shù)的精確值還受到很多復(fù)雜因素的影響，例如實(shí)驗(yàn)環(huán)境的溫度、濕度、地震等因素，這增加了實(shí)驗(yàn)的難度和復(fù)雜性。

引力常數(shù)的本質(zhì)實(shí)際上是關(guān)于我們宇宙性質(zhì)的一種本質(zhì)屬性。我們知道引力常數(shù)在許多領(lǐng)域起著至關(guān)重要的作用。它出現(xiàn)在牛頓的萬(wàn)有引力定律中，該定律描述了任何兩個(gè)物體之間的引力相互作用。這個(gè)定律成為了物理學(xué)的基石，不僅可以預(yù)測(cè)天體物理學(xué)的運(yùn)動(dòng)，也可以被用于衛(wèi)星軌道設(shè)計(jì)、工程設(shè)計(jì)等領(lǐng)域。

如果你細(xì)心，就能看到上下文之間顯示出來的矛盾。在愛因斯坦這邊，引力是時(shí)空彎曲的效應(yīng)，是一種純數(shù)學(xué)的表達(dá)。即引力不存在，它只是時(shí)空彎曲的附屬表現(xiàn)。我之前表達(dá)過，如果引力不是力，那么標(biāo)準(zhǔn)模型，就應(yīng)該把引力從四種基本相互作用中踢出去。因?yàn)橐Σ辉偈且环N相互作用力了。我這樣說，大家認(rèn)為對(duì)嗎？而事實(shí)是什么？標(biāo)準(zhǔn)模型依然認(rèn)為引力是一種相互作用。

大家不覺得奇怪嗎？我們即承認(rèn)廣義相對(duì)論是正確的，又承認(rèn)引力是一種相互作用力。而其實(shí)如果承認(rèn)引力是一種基本相互作用，就不能認(rèn)為廣義相對(duì)論是正確的。

那么到底誰(shuí)是對(duì)的，誰(shuí)是錯(cuò)的？就像上面文章中提示的那樣，我們用廣義相對(duì)論解釋很多現(xiàn)象，比如水星進(jìn)動(dòng)現(xiàn)象。又用牛頓引力計(jì)算衛(wèi)星軌道，工程設(shè)計(jì)。愛因斯坦曾對(duì)自己的理論自信道：“理論如此完美，不可能是錯(cuò)的?！蓖瑯舆@句話對(duì)牛頓也適合，引力定律理論如此完美，不可能是錯(cuò)的。那這問題怎么解釋？

我的解釋依然是，廣義相對(duì)論沒有錯(cuò)，但不應(yīng)該把廣義相對(duì)論視為引力理論。廣義相對(duì)論場(chǎng)方程，不應(yīng)該叫引力場(chǎng)方程，應(yīng)該叫宇宙場(chǎng)方程。這是一個(gè)描述場(chǎng)的方程，而這個(gè)場(chǎng)適用于整個(gè)宇宙。

你要牢記，時(shí)間，物質(zhì)，空間是一體的，其實(shí)是不可分割的。而你再看廣義相對(duì)論場(chǎng)方程，時(shí)間，物質(zhì)，空間三個(gè)要素，是不是都具備。

如此，引力常數(shù)才不是虛的，是實(shí)實(shí)在在的，是有根基的。如果引力不存在，而引力常數(shù)卻存在，這不也是矛盾嗎？牛頓可以反問，如果引力不存在，你公式中的引力常數(shù)是什么？就像光速，它是有實(shí)實(shí)在在的理論基礎(chǔ)的，是有推理和依據(jù)的。引力常數(shù)也是這樣的，它不是憑空產(chǎn)生的。而且目前而言，引力常數(shù)在宇宙任何一個(gè)地方的值是相同的。不是說，你這邊空間彎曲大，或者說質(zhì)量大，我這個(gè)常數(shù)值就會(huì)變。它是有一定的恒定性，它代表了宇宙的某種深刻性質(zhì)。

牛頓的引力是沒有場(chǎng)的，或者說是靜態(tài)的場(chǎng)；而愛因斯坦的場(chǎng)是廣域的，是運(yùn)動(dòng)的?？墒菫槭裁?，愛因斯坦場(chǎng)方程顯示出“引力”能力，就是因?yàn)槲镔|(zhì)，時(shí)間，空間是一體的。牛頓那里只是物質(zhì)，而愛因斯坦的物質(zhì)動(dòng)起來了，物質(zhì)，時(shí)間，空間是一體的。所以愛因斯坦的場(chǎng)方程，好像也能解釋引力。因?yàn)樗鼈兪欠植婚_的，物質(zhì)質(zhì)量關(guān)系引力，物質(zhì)運(yùn)動(dòng)也關(guān)系引力，空間也是，引力是萬(wàn)有的。

所以從引力常數(shù)可以看出，引力也是場(chǎng)的相互作用，這個(gè)場(chǎng)可以說是引力場(chǎng)，而引力場(chǎng)是全域場(chǎng)，所以某種意義上可以說是宇宙場(chǎng)，所以廣義相對(duì)論是宇宙場(chǎng)方程。當(dāng)然宇宙中還有很多其他場(chǎng)，比如電磁場(chǎng)，希格斯場(chǎng)等。

這回大家明白了嗎？不是愛因斯坦錯(cuò)了，也不是牛頓錯(cuò)了，觀察和解釋的角度和廣度不一樣而已。所以引力不是時(shí)空彎曲的效應(yīng)，它是實(shí)實(shí)在在的相互作用。這樣的話，牛頓和愛因斯坦之間沒有矛盾，愛因斯坦只是升級(jí)了牛頓靜態(tài)時(shí)空概念，把人類拉向了更高的維度，即四維時(shí)空！

時(shí)間如物質(zhì)一樣是實(shí)實(shí)在在的存在，引力也能影響時(shí)間。我住一樓，你住100樓，我們的時(shí)間因?yàn)橐Χ煌?，這是實(shí)實(shí)在在的，可以測(cè)量到的，不是數(shù)學(xué)游戲。

文章開始我寫道人類似乎搞清楚了引力，這個(gè)“似乎”應(yīng)該用雙引號(hào)圈起來，是重點(diǎn)，似乎就是不確定，就是還需要探究，引力究竟是怎么回事。我們現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)了引力波，假如有一天發(fā)現(xiàn)了引力子，那么你還會(huì)堅(jiān)持站隊(duì)愛因斯坦，說引力是時(shí)空效應(yīng)嗎？

標(biāo)準(zhǔn)物理，其實(shí)是認(rèn)可引力場(chǎng)是存在的，因?yàn)橄嘈潘嬖?，比不相信它存在，能更加切合宇宙的情況。我們問，愛因斯坦的宇宙場(chǎng)方程，就是最高認(rèn)知嗎？確實(shí)，尋常人去理解廣義相對(duì)論都很難，廣義相對(duì)論能建立起來，屬實(shí)是奇跡。

但能不能被超越，很明顯，極有可能。我們現(xiàn)在根據(jù)萬(wàn)有引力，說一定有暗物質(zhì)和暗能量，不然宇宙不會(huì)維持現(xiàn)在這個(gè)狀態(tài)。這難道不會(huì)是一種錯(cuò)誤的假設(shè)嗎？宇宙以現(xiàn)在這樣的方式運(yùn)行，非得是有暗物質(zhì)和暗能量嗎？假如是有更高的一個(gè)維度在推動(dòng)，這是不是一個(gè)解釋？而這個(gè)維度得我們走出“愛因斯坦洞穴”之后，才能被發(fā)現(xiàn)，才能被認(rèn)識(shí)。而且我們只能靠想象去認(rèn)識(shí)，想要去理解，幾乎不可能，因?yàn)榭缭綄傩缘恼J(rèn)識(shí)非常難。就好像螞蟻再進(jìn)化1萬(wàn)年，也看不懂微積分是一個(gè)道理。

朋友們，我要表達(dá)的，就是這個(gè)道理。其實(shí)也不是為了說愛因斯坦錯(cuò)了，或者牛頓錯(cuò)了，只是啟發(fā)大家，從更高維度，借用想象的無限可能力，去發(fā)掘這個(gè)世界的秘密。

摘自獨(dú)立學(xué)者，作家，藝術(shù)家靈遁者量子力學(xué)書籍《見微知著》。