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如果地球突然消失了,遠在38萬千米外的月球會怎麼樣?

地球不見了,月亮會知道?

假定地球突然消失,那麼在38萬千米之外的月球會如何、何時知道應該放棄圓周軌道(這是地球重力所造成的),並開始以直線運動?這也就是牛頓定律告訴我們,當月球不受外力影響之時所該採取的路徑。就牛頓的觀點,若真有其事,月球應該會立刻知道地球不見了。因為根據牛頓對重力的描述,地球重力會向外伸出並跨越沒有東西的太空,瞬間就會拉住月球。一旦把地球挪走,那種拉力就會立刻消失。牛頓的這種觀點稱為超距作用。

另外還有一種觀點來解釋地球和月球的這種關係。剛接觸之時,這種觀點或許是相當複雜抽象的,其實不盡然。在你逐步完善光學知識的過程中,這個觀點對你會極端重要,並且在討論相對論的來龍去脈時,它也是絕對不可缺少的。就算在初步階段,或許你也會察覺,這個新觀點具有更完滿的哲理。

若把重力描述為一種超距作用,那麼月球必然是立刻就能知道地球出現了什麼狀況。但這一切是怎麼辦到的呢?倘若月球只需要知道鄰近地區的現象,並只對局域狀況做出反應,那就會容易理解得多。這個新觀點引入了場的概念,想像地球會產生一種作用,稱為重力場,通過它影響其周圍的所有空間。把某個物體擺在地球附近時,它就會在那個位置感受到地球重力場的作用。而不是被什麼神秘的超距作用所拉扯。物體會感受到朝向地心的作用力,從而對那種力做出反應,該作用力的強度根據物體的質量和重力場的強度而定。既然距離地球愈遠,重力就會隨之遞減,重力場的強度也必然是如此。我們可以在重力場中選擇定點,並由此畫出箭頭來顯示其強度和方向,這樣就能描繪出重力場。

當我們介紹場的理念時,就已經拋掉了簡潔卻含有晦澀哲理的超距重力概念。在場的概念中,作用力在一定局域內形成,產生自空間里的任何一點的重力場。地球並不是直接施力,而是在其附近產生一種重力場,物體則是對重力場做出反應。這種觀點很複雜,卻具有單純的特性:這樣一來,物體就不必知道遠距離某處的狀況,而只需要了解附近發生的事情。

當然最後的結果還是不變。月球、航天器,還有墜地的蘋果,舉止還是會一如牛頓的預測,只是我們對這種過程的敘述要改變。如今這類物體都在其位置上對地球的重力場做出反應,而不是對地球做出反應。不過到目前為止,超距作用和重力場的觀點所預測的物理結果還是完全一致。

讓我們回到那個問題:萬一地球突然之間消失了,月球會如何、何時知道應該放棄圓周軌道並開始以直線運動?目前我們還不能明確。不過,場的概念至少讓我們還有些迴旋的空間。在地球這個位置發生的事情對月球並不重要,重要的是決定月球運動的局域重力場。那麼,當地球消失之時,各地的重力場是否也會跟著消失?或者,那裡的重力場有某種獨立存在特性,要花一點時間才會得知地球已然滅亡?事實上,答案是後者。不過,目前我們只需要說明場的概念,並為我們帶來一種嶄新的重要物理實體。在這裡是重力場,它擁有(至少是暫時的)獨立存在的特性。


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