我們擊打網(wǎng)球，網(wǎng)球因此飛了出去，我們在籃球場上投籃，由于我們對籃球施加的外力作用，籃球得以投入球框，在我們?nèi)粘Ｉ钪兴锌吹玫降默F(xiàn)實(shí)規(guī)律，所有的東西能夠，也只能夠在外力的作用下才能進(jìn)行運(yùn)動，沒有外力的作用，物體怎么可能會在平衡狀態(tài)自己運(yùn)動呢？如果一個物體在沒有外力的作用下自己動起來了，我想大多數(shù)人會嚇一跳，這很詭異不是嗎？

或許...并不是，因?yàn)?，我們忽略了一個最重要的東西——引力。

有人會問，一個物體在引力的作用下自然掉落到地面上，這是一件再正常不過的事情了，引力也是一種力不是嗎？那么我們不妨想想，網(wǎng)球之所以飛出去是因?yàn)槲覀冇镁W(wǎng)球拍擊打了網(wǎng)球，給網(wǎng)球施加了一個外力，同理，籃球的入框也是如此，這些外力我們都是找得到來源的，然而，引力的來源是什么呢？它是如何作用在物體身上的？引力是如何產(chǎn)生的呢？擊打網(wǎng)球的介質(zhì)是球拍，來源是我們身體的運(yùn)動，同樣籃球運(yùn)動也是，但是引力的介質(zhì)是什么呢？

今天的視頻，我將帶大家探索一下我們再熟悉不過，又非常陌生的問題——引力是如何產(chǎn)生的？它從何而來？

250年以來，人們一直將引力當(dāng)作一種力來對待。雖然他的名字里有“力”這個字，但是實(shí)際上，引力和我們常識中認(rèn)識的力并不是一個東西，引力實(shí)際上并不是一種普通的力。

如我們看到的這些影像一樣，他們都展示了物體在引力的作用下墜落到了地球表面上，引力對物體作用后的表現(xiàn)形式和我們進(jìn)行網(wǎng)球，籃球等運(yùn)動的過程中看到的物體表現(xiàn)情況是很雷同的，即，他們都讓物體產(chǎn)生了運(yùn)動。

但是，科學(xué)家們大約在一個世紀(jì)前，就已經(jīng)得知將引力理解為一種普通的外力是錯誤的。引力不是一種外力，它實(shí)際上是時空的曲率。

而且，我們在地球上遇到的大部分引力都是時間的曲率。是的，時間可以彎曲，這是一個很抽象較難理解的概念。

我們可能可以描繪出某種空間曲率。就如我們看到的這張圖一樣，地球的質(zhì)量彎曲了其周圍的空間，其周圍的空間是存在曲率的，但是，時間曲率是什么？我們至少揮揮手摸一下周圍的空間能夠意識到它的存在，時間這種東西還存在曲率，這又是什么意思呢？

別急，讓我們從一個有趣的提問開始。

2013年，在一個科學(xué)論壇上，有人問了這樣一個問題：樓房高層的時間是不是比低層的快？

克里斯托弗博士詳細(xì)地回答了這個問題。答案為正確，離地球表面越遠(yuǎn)，時間的流逝就越快。這是一種被稱為“時間膨脹”的效應(yīng)，曾經(jīng)被愛因斯坦在廣義相對論中進(jìn)行了預(yù)測，并且如今的科學(xué)家已經(jīng)通過多次試驗(yàn)證明了這個現(xiàn)象。時間膨脹的發(fā)生是因?yàn)橘|(zhì)量很大的物體產(chǎn)生了很強(qiáng)的引力場。而引力場實(shí)際上是時空的彎曲的部分。引力越強(qiáng)，時空彎曲程度越大，時間本身就越慢。但是，我們需要注意的一點(diǎn)是，在強(qiáng)引力下的觀察者并不能感知自己的時間變慢了。

由于時間膨脹效應(yīng)的存在，會造成以下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

我們在地球表面放置一個完美精確且靜止不動的時鐘，在遠(yuǎn)離地球的高空也放置一個這種類型的時鐘，經(jīng)過一段時間過后，高空中的時鐘走的會比地面上的時鐘更快，當(dāng)兩個獨(dú)立的時鐘以不同的速率滴答秒針的時候，我們稱其為時間的膨脹。1959年，龐德和雷柏卡這兩位科學(xué)家做了時間膨脹實(shí)驗(yàn)，他們測量出所受重力較強(qiáng)的較低海拔的光波頻率有很小的引力紅移。得出的數(shù)值和廣義相對論預(yù)測的數(shù)值有小于10%的偏差。之后，他們在1964年得出更準(zhǔn)的1%偏差，正好就是時間膨脹預(yù)測的效應(yīng)。

也就是說，時間會被質(zhì)量影響在不同的地方以不同的速度流逝。

離地球越近，時間越慢，如果我們的人造衛(wèi)星不考慮這一點(diǎn)，人類的GPS定位將根本無法滿足精確定位需求。我們目前正在地球軌道上運(yùn)行的定位衛(wèi)星已經(jīng)編寫了有關(guān)于廣義相對論的一些微調(diào)程序，如果不這樣做的話，定位衛(wèi)星每12個小時的定位結(jié)果就會有大約7米的偏差。

所以這就回到了我們這期視頻的主題上，引力是如何產(chǎn)生的？答案就是，時間膨脹產(chǎn)生了引力，這聽起來有點(diǎn)繞，也有點(diǎn)奇怪，但是已經(jīng)有許多資料開始闡述這一理論了，讓我來和大家仔細(xì)分析。首先，讓我們想象地球上并不存在引力，整個宇宙也沒有引力的存在，在這個世界里，這只站起來的小貓沒有任何理由要墜向地面，如果他就像這樣靜止不動，他就可以懸浮在半空中，因?yàn)檫@就是牛頓定律。即，沒有不平衡的力就意味著沒有加速度。沒有加速度就意味著，如果小貓還沒進(jìn)行任何移動，那么他就會處于這個高度，是一直靜止的狀態(tài)。

然而，由于地球的質(zhì)量會扭曲時間和空間，離地球表面越近，時間實(shí)際上越慢，因此產(chǎn)生了時間膨脹效應(yīng)，那么，小貓頭頂?shù)臅r間流速和腳底的時間流速就是不一樣的，盡管這個差別非常微小，但是事實(shí)就是存在著這樣的差別，為了更好理解，讓我們只考慮上下的方向，我們把距離地球表面的路程作為縱坐標(biāo)，時間的流淌作為橫坐標(biāo)，這個模型再簡單不過了，樹百年來，歷史上的學(xué)者們都在用這樣的模型研究著各種運(yùn)動問題，這個坐標(biāo)模型的含義是，隨著時間的流逝，小貓距離地表的距離會發(fā)生怎樣的變化。

由于小貓沒有動彈，所以這個距離是被本身不會變化的，那么什么在變化呢？這就是橫坐標(biāo)，時間，由于時間的變化，這使得小貓?jiān)谶@個模型中的坐標(biāo)不得不向右產(chǎn)生新的坐標(biāo)點(diǎn)，基于橫坐標(biāo)的時間軸，小貓?jiān)谶@個坐標(biāo)模型中有了矢量箭頭，大小是距離地球表面的距離，方向是時間流逝的方向。

讓我們記住，小貓沒有動彈，他在我們設(shè)想的沒有引力的世界里應(yīng)該是恒久懸浮在空中的，他沒有理由向下跌落，然而，由于距離的不同，小貓頭頂時間的流速和腳底的時間流速是不一樣的，頭頂比腳下的更快。

那么小貓這個矢量在這個坐標(biāo)模型中會發(fā)生什么變化呢？沒錯，它不得不面對時間膨脹這個事實(shí)的存在，矢量開始由于時間膨脹而造成了改變，箭頭方向開始朝下，其坐標(biāo)的縱坐標(biāo)數(shù)值也不得不縮小，也就是說，小貓離地面越來越近了。

現(xiàn)在讓我們跳出這個坐標(biāo)模型，小貓實(shí)際上在我們假想的沒有重力的世界里發(fā)生了什么變化呢？

小貓開始朝地面跌落。

所以這就像一個泳池，我們在尋找泳池里的水來自哪里，那么就把水抽干凈，自然而然的，那個源頭就會被我們發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在我們在假想的世界里抹除了引力的存在，我們就發(fā)現(xiàn)了引力的源頭——時間膨脹就是產(chǎn)生引力的源頭。而剛才的這個坐標(biāo)模型，則很好的展示了引力是如何被時間膨脹產(chǎn)生的。

在整個過程中，我們一直在想象一個沒有引力的宇宙，但是，只要時間在不同地方以不同的速度流逝，那么引力就一定會出現(xiàn)。

可以說引力只是時間的影子

即使我們不將引力視為力量，引力也依然存在。 和我們打網(wǎng)球，打籃球不一樣，這只小貓本身是根本沒有動的，所以說引力和我們認(rèn)識到的普通的外力并不相同，為什么這只小貓不得不掉下來？因?yàn)榈厍虻馁|(zhì)量造成時間膨脹，造成了時間流速存在著梯度。月球?yàn)楹卫@地球旋轉(zhuǎn)？還是因?yàn)闀r間上存在流速梯度。

不過我們還要知道的一點(diǎn)是，時間本身并不會流逝。時間不會這么做，空間也沒有。我們在這個模型中看到的時間流動是一種直觀化處理的情況，這是為了讓我們更好的進(jìn)行理解。因?yàn)檫@也可以把流動的時間換成兩個分別位于小貓頭頂和腳下的時鐘，他們的含義是一樣的，但是后者并沒有前者讓我們更好的進(jìn)行理解。

時間流速差是普遍存在的，即使是再微小的粒子，他們的兩端依然存在著時間差，如果我們把小貓縮小到亞原子級，兩個時鐘的指針就會越來越近，但它們永遠(yuǎn)不會在同一個地方，就像兩條平行線，永不相交一樣。它們也永遠(yuǎn)不會以完全相同的速度滴答作響。它們只能是彼此無限接近。引力來自時間膨脹。這是時間在不同地方以不同的速度流逝的結(jié)果。像地球這樣的大質(zhì)量不會施加力。地球只是改變了時間在他不同距離附近流淌的速度。這會在時間流中創(chuàng)建一個梯度，從而彎曲時空的路徑。時間比引力更為根本。

但是質(zhì)量為何會改變時間在他不同距離附近流淌的速度呢？他為何會彎曲時空呢？如果你覺得這個問題太復(fù)雜不接地氣，那么不妨想想為什么給網(wǎng)球一個外力打破力的平衡網(wǎng)球會向力的方向運(yùn)動，你會發(fā)現(xiàn)無論再怎么問下去，這個問題是永無止境的，是永遠(yuǎn)沒有盡頭的。這就像我們?nèi)粘Ｊ褂玫氖謾C(jī)，電腦，我們知道這些科技產(chǎn)品是如何工作的嗎？

我們知道芯片的算法是怎樣的嗎？但是我們卻可以在這樣的基礎(chǔ)上發(fā)展和創(chuàng)造出更多新的科技與智慧，科學(xué)有兩個方向，一個是站在巨人的肩膀上朝上，一個是在巨人站的土地上朝下，這二者都至關(guān)重要，這二者都不可或缺。