引力導致空間彎曲的科學原理是什么
有很多的科學家都發現引力能夠導致空間彎曲，這是怎么回事?下面為您精心推薦了引力導致空間彎曲的科學原理，希望對您有所幫助。
引力導致空間彎曲的原理萬有引力是牛頓的偉大發現之一，萬有引力定律表述為：任何兩個物體都是相互吸引的。引力的方向沿著兩個物體之間的連線，引力的大小跟兩個物體的質量乘積成正比，與它們的距離平方成反比，比例系數叫作牛頓引力常數，或者叫萬有引力常數。
牛頓并沒有告訴我們萬有引力有什么更深層的起源，也就是說，牛頓認為萬有引力是基本相互作用力。我們并不覺得這有什么奇怪，例如，電磁力就是電磁力，也不可還原為更加基本的力。萬有引力定律十分強大，既可以解釋地球上一切受到地球吸引的物體的運動，也可以解釋天體的運動，例如地球如何繞太陽做橢圓運動，月亮如何繞地球做橢圓運動，還可以解釋潮汐現象，可以解釋銀河系，星系團的結構和起源。
從牛頓到愛因斯坦之間的250年間，幾乎沒有人懷疑過萬有引力定律，也沒有人想修正這個理論。那么，愛因斯坦為什么要修改萬有引力定律?是他發現有什么現象萬有引力定律解釋不了?還是有什么天體的運動規律突然偏離了萬有引力定律?或者，愛因斯坦覺得萬有引力定律背后還有更深的物理原因?
啟發愛因斯坦尋找新的萬有引力理論的動機有兩個。第一個，他的狹義相對論某種意義上是麥克斯韋電磁理論需要的運動學。愛因斯坦狹義相對論的第一篇論文的題目就是《論動體的電動力學》，他想知道不同慣性系之間電磁學運動方程之間的關系。他發現在狹義相對論中，麥克斯韋方程在不同的慣性系里的數學形式完全一樣。當然，光速本身也是麥克斯韋方程的結論之一，所以光速不變。因此伽利略相對性原理對于麥克斯韋方程是正確的。愛因斯坦將目光轉到萬有引力上時，問題來了。牛頓的萬有引力是瞬時力，萬有引力定律不滿足狹義相對論中的伽利略相對性原理。這樣，牛頓定律必須修改。
第二個動機是，為什么慣性質量與引力質量有關?這兩個質量的起源完全不同。慣性質量在狹義相對論中等價于能量，而引力質量是牛頓為了表述萬有引力定律引進的，不一定就是慣性質量。
愛因斯坦認為，要將引力與狹義相對論結合起來，不可避免地要推廣慣性原理。他花了好幾年一直沒有找到出路，終于有一天，他興奮地想到，慣性質量與引力質量相等是解決問題的關鍵。
為什么這個簡單的想法是解決問題的關鍵?這是因為，如果引力質量與慣性質量完全相等，那么我們就會看到，在時空的一點附近所有的點粒子的加速度都是一樣的。如果作為觀測者的我們也有這樣的加速度，那么依我們自己作為參照系，所有粒子都沒有加速度，這不是一個局域的慣性系嗎?在我這個自由降落的慣性系中，所有物理學定律和慣性系中完全一樣。于是，我就可以原封不動地將慣性系中的物理學定律寫下來。那么，在一個抵抗引力不做自由下落的坐標系中，物理學定律可以通過“翻譯”自由下落的慣性系中的物理學定律得到。
由此，愛因斯坦想到彎曲幾何的類比。取任何一個曲面，例如球面，在曲面上一個點的附近，曲面近似是平坦的，這個“附近”范圍越小，幾何就越平坦。整個彎曲面的幾何是無數這種平坦的`幾何拼接成的，有點像足球，每一塊縫制足球的五邊形和六邊形看上去并沒那么彎，如果將這些小塊皮做得更小一些，就更平了。現在，在引力場中，既然每個時空點附近都有局部慣性系，那么我們可以將無數局部慣性系“縫制”成一個彎曲時空。
慣性系確實是平坦的，因為根據愛因斯坦的觀點，在慣性系中，最關鍵的不再是空間距離，而是“時空距離”，這個時空距離有某種絕對意義，如果我們從一個慣性系轉換到相對勻速運動的另一個慣性系，這個“時空距離”不變，但空間距離不再有絕對意義。所以，愛因斯坦將彎曲空間推廣為彎曲時空，他的場方程告訴我們時空的彎曲與能量以及動量有關。
我們很容易想象彎曲的曲面，這是因為我們可以在三維空間中直接看球面、環面等。當然，在數學理論中，數學家完全可以擺脫三維空間研究曲面，只要給出曲面上的長度度量，曲面的性質就決定了。類似兩維曲面，我們可以想象三維彎曲空間，不必將三維彎曲空間放進四維空間或更高維空間中。空間彎曲，對于一個幾何能力稍好的學生來說，并不難想象。最后，如何想象彎曲的時間空間?彎曲的時間還是好想象的，就是在不同的空間點，時鐘走得快慢不一樣。愛因斯坦的彎曲時空是現代萬有引力理論。
引力的科學原理引力是質量所引起的空間彎曲，運動力學第一定律：在沒有外力的情況下，物體始終保持靜止或勻速直線運動，假如一個小球在一個非常光滑的平面上由西向東運動，經過路線為A點——B點——最后到達C點，若在B點附近放下令一個小球事，就像在一塊海綿上放一個球，那么這個球必然會擠壓迫海綿使之成為以這個球為圓心的凹陷“等同于彎曲的時空”，當我們的主角再經過B點事會發生什么?它的軌跡經過凹陷處時會改變，向這個凹陷的中心偏移進而偏離原來的運動路線無法到達C點，若這個凹陷足夠大或小球的初始動力不足，它就會圍繞這個凹陷做一段弧形運動后最終被捕獲!
同理，宇宙當中的曲線運動在四維時空中是直線運動(三維空間一維時間)
不同時空觀下對于引力是什么的不同解釋：
引力在經典物理學中被認為是宇宙中幾大基本力之一，跟質量成正比、跟距離成反比。但在愛因斯坦的理論中引力已經不是一種基本力了，而僅僅是時空結構發生彎曲后的表現而已。而導致時空結構發生彎曲的原因就是巨大的質量。
舉一個例子：太陽系內的行星圍繞太陽運行，在經典物理學中的解釋是因為行星受到了太陽的引力作用，而圍繞太陽運行。
但如果運用愛因斯坦的理論，從根本上說就沒有引力。行星在宇宙中本來應該在空間內作勻速直線運動(參見牛頓定律)。但由于太陽的存在，其周圍的時空結構被太陽的質量壓彎曲了，所以在一定范圍內的行星就“被太陽俘獲了”，在一個彎曲的時空內勻速直線運動就變成了勻速圓周運動，從而形成了太陽系。
具體到黑洞這種極端條件下的宇宙天體。它有極強的吸引力，科學家在解釋這種吸引力的時候，把它的原因歸結為空間彎曲。而造成空間彎曲的原因是黑洞本身的巨大質量。
所以說到引力歸根結底是和質量有關，萬有引力是把引力視為由質量引起的一種基本力，而愛因斯坦相對論則把引力視為質量引起的時空彎曲的表現。
量子力學認為,引力是由于兩個粒子交換引力子導致的。
空間彎曲的理論愛因斯坦的推測
(是推測不是推論)引力質量為零的物體可能也會在引力場中做一樣的加速度運動。理由如下：
從以上的論證中，我們看到引力質量無論取值多小，結論都一樣，這自然讓我們想到將結果推廣到零引力質量。比方說一個引力質量為零的物體從恒星旁穿過時，我們判斷它的路線也會發生彎折，按著和有引力質量物體一樣的規律彎折。其實零和無限小之間本無明顯的差距，為什么一個引力質量無限小的物體彎折而引力質量為零的物體不彎折，它們之間的彎折角度差竟能不依靠靈敏的檢測就毫不費力地分辨開來?
廣義相對論理論
廣義相對論理論的解釋是萬有引力實際是另外一種現象的效果，這種現象是廣義相對論的時空彎曲，在這種情況下，物體的運動均沒有萬有引力作用，取而代之的是自由運動或接觸物體間受動量守恒、能量守恒等支配的受力運動。
其他理論
可能所有具有引力質量的物質有共同的起源。他們都由同一種基本物質構成，在這同一種基本物質中，引力質量和慣性質量的比值就已經確定了。于是由于兩種質量的度量都符合線性性質(即兩個物體放在一起的總質量總是等于兩個物體分別質量的和，這一點并不是自然而然的，而是要經過實驗驗證得到的)，所有物質的引力質量和慣性質量就都成了同一比例。
按照以上的見解，我們上面的那個推測就不一定成立了，因為零引力質量的物體其引力質量與慣性質量的比值是不確定的。這等于說我們可能看到宇宙空間中有的物體絲毫不受引力的作用而直來直往。
思路
我們的思路已經比較明確，因為前面的討論告訴我們，無論空間是平直的還是彎曲的，小質量物體經過時都會有彎折。而無質量物體的運行路線有兩種可能：
說明空間一定是平直的，沒有彎曲，把空間描述成彎曲的那是質量造成的假象。因為此時用空間彎曲沒法解釋。事實上當我們看到空間中任何直來直往事件時，都應該考慮是不是這種事情發生了。
不能否定空間彎曲的觀點，也許愛因斯坦的對于引力的時空描述是合理的。大家就都沒話可說了，佩服愛因斯坦去吧。
結論
光由光子組成，而光子就是我們想要找的零質量物體，這告訴我們為什么要用光做空間彎曲實驗。從目前來看，光的日食觀測實驗是比較支持廣義相對論的。
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