錢塘一望浪波連，

頃刻狂瀾橫眼前；

看似平常江水里，

蘊(yùn)藏能量可驚天。

這是我國當(dāng)代詩人余亞飛寫的《觀錢塘江潮》中的詩句，寫出了錢塘江大潮的氣勢磅礴，確實(shí)，錢塘江大潮是世界名潮，當(dāng)潮流涌來時(shí)，像一幕水墻橫在眼前，一浪高過一浪，十分壯觀，每年的農(nóng)歷八月十八日是觀潮的最佳時(shí)間，自唐宋時(shí)期，就有了觀錢塘江潮的習(xí)俗，說到這兒，我們不免要問一句，這么大的潮水，其中得蘊(yùn)含多么大的能量呀？這些能量哪兒來的呢？

“潮汐”就是海水的周期性漲落現(xiàn)象，一般是每天漲落兩次，白天稱為潮、晚上稱為汐，合在一起就稱為“潮汐”。

關(guān)于潮汐的形成，我們可以從“牛頓的引力理論”和愛因斯坦的“廣義相對論”來進(jìn)行解釋！由于造成潮汐現(xiàn)象的主要原因是月球，其次才是太陽，所以為了描述方便，本文主要從月球的角度來進(jìn)行討論，道理都是相通的。

首先，我們先來看看如何用牛頓的引力理論來解釋潮汐現(xiàn)象！

根據(jù)牛頓萬有引力的計(jì)算公式

兩物體之間的引力大小與物體質(zhì)量和它們之間的距離有關(guān)，因?yàn)?strong>質(zhì)量不會隨著物體位置的改變而改變，所以引力的大小就取決于兩物體之間的距離，距離越大、引力越小。跟電場和磁場一樣，我們可以認(rèn)為引力是通過引力場來傳遞的，將萬有引力公式中的m去掉，就可以得到引力場強(qiáng)度的計(jì)算公式：

通過公式我們發(fā)現(xiàn)：地球周圍的引力場分布是不均勻的，離地心越遠(yuǎn)，物體受到的引力就越弱、重力也就越小；引力場強(qiáng)度的變化與中心天體的質(zhì)量和兩物體之間的距離有關(guān)、這個(gè)距離又與中心天體的體積有關(guān)（綜合起來就是和中心天體的質(zhì)量密度有關(guān)），中心天體質(zhì)量密度越大，引力場強(qiáng)度變化越明顯！

而根據(jù)重力計(jì)算公式G=mg可知，如果物體所受的重力減小，因?yàn)橘|(zhì)量不變，所以它的重力加速度就會減??！

總結(jié)為一句簡單的話說就是：高度越高、重力加速度越小。

下面我們需要思考一個(gè)思想實(shí)驗(yàn)：

我們蹦極的時(shí)候，可以認(rèn)為是在空中做自由落體運(yùn)動。因?yàn)楸臉O時(shí)我們是頭朝下、腳朝上。所以，我們的頭部距離地心近、受到的引力大、重力加速度大；而腳因?yàn)榫嚯x地心較遠(yuǎn)、受到的引力就小、重力加速度也小。

所以會導(dǎo)致人的頭和腳的運(yùn)動速度不一樣，人就會有被拉斷的趨勢！

由于我們的頭和腳與地面的距離不同，從而了導(dǎo)致引力的不同、重力加速度不同、下落速度不同，由此產(chǎn)生的這種好像要被拉斷的趨勢，就是“潮汐力”！只不過地球的引力場強(qiáng)度變化不明顯，“潮汐力”太弱，我們感受不到罷了！可是如果你出現(xiàn)在黑洞附近，并且腳離黑洞更近，拉扯腳的引力會比拉扯頭的引力更大，在還未到達(dá)視界之前，這個(gè)“潮汐力”就會將你撕裂！

如果你從引力場強(qiáng)度不均勻的角度理解了“潮汐力”，下面這個(gè)思維實(shí)驗(yàn)可能會讓你對潮汐現(xiàn)象有一個(gè)更加深刻地認(rèn)識！

假設(shè)在一個(gè)豎直平面內(nèi)有8個(gè)小球，它們構(gòu)成了一個(gè)圓。

那么，當(dāng)我們釋放小球，并使它們自由下落時(shí)，哪一個(gè)小球受到的引力最大呢？哪一個(gè)小球的加速度最大呢？那么，一段時(shí)間之后，它們之間的距離是否會發(fā)生變化呢？會變成什么樣呢？

是的，從8號小球受到的引力最大、加速度最大、運(yùn)動速度最快；1號小球受到的引力最小、加速度最小、運(yùn)動速度最慢。那么一段時(shí)間之后，它們的排列順序會由剛開始的圓形變成橢圓！

下面我們可以思考潮汐現(xiàn)象了！

地球表面就是一個(gè)球面，地表的水就相當(dāng)于那些小球，由于月球的引力作用，面朝月球這邊的水離月球近、引力大；背朝月球這邊的水離月球遠(yuǎn)、引力小。所以地球表面的水就會像上述的8個(gè)小球一樣，兩端點(diǎn)相互遠(yuǎn)離，由圓形變成橢圓、從而向外凸起，這就是潮汐現(xiàn)象！當(dāng)?shù)厍蜃赞D(zhuǎn)180度之后，正對月球和背對月球的面剛好會反過來，這就說明了，地球自轉(zhuǎn)一周會有兩次漲潮現(xiàn)象，這就是為什么每天會有兩次潮漲潮落的原因。

下面我們看看利用愛因斯坦的“廣義相對論”如何解釋潮汐現(xiàn)象！

根據(jù)“廣義相對論”：3維時(shí)空測得的引力其實(shí)是4維時(shí)空的彎曲，任何一個(gè)自由質(zhì)點(diǎn)在彎曲時(shí)空中的世界線都是該時(shí)空的類時(shí)測地線！怎么理解這句話呢？

讓我們先來考慮考慮螞蟻的最短路徑問題，螞蟻此時(shí)處于一個(gè)平面上的A點(diǎn)，而在這個(gè)平面上的另一點(diǎn)B有一塊面包，螞蟻從A點(diǎn)出發(fā)到達(dá)面包，走的最短路徑就就應(yīng)該是AB兩點(diǎn)之間的線段，可是，如果我們將這個(gè)平面變成曲面呢？最短距離當(dāng)然還是AB之間的連線，只不過此時(shí)這條線變成了曲線而不是直線！

“廣義相對論”指出，引力的本質(zhì)就是時(shí)空彎曲，有質(zhì)量的物體都會彎曲其周圍的時(shí)空，那么，上述思維實(shí)驗(yàn)中的8個(gè)小球就處于地球周圍的彎曲時(shí)空中，因?yàn)榇藭r(shí)不需要考慮引力（引力就是時(shí)空彎曲），它們就是不受力的，按照經(jīng)典力學(xué)的理論，不受力的物體總會保持靜止或者勻速直線運(yùn)動狀態(tài)，而在廣義相對論中，因?yàn)樗鼈冎車臅r(shí)空是彎曲的，所以其運(yùn)動軌跡就應(yīng)該是一條曲線。這是一條怎樣的曲線呢？

處于彎曲空間中的物體會沿著空間中兩點(diǎn)之間距離最短的曲線運(yùn)動，這個(gè)最短路徑就是測地線。對應(yīng)于物體不同的速度，又有三種測地線：類時(shí)測地線（物體速度小于c）、類光測地線（物體運(yùn)動等于c）、類空測地線（物體速度大于c）。由于任何有質(zhì)量的物體其運(yùn)動速度都不可能超過c。所以一般物體都是沿著類時(shí)測地線運(yùn)動的。

由于地球彎曲了周圍的時(shí)空（時(shí)空曲率不為零），8個(gè)自由下落小球的運(yùn)動軌跡就是8條類時(shí)測地線，根據(jù)測地偏離方程：

方程的左邊代表兩測地線距離加速增大的加速度（也就是潮汐加速度），右邊是時(shí)空曲率！通過方程，我們就可以定量描述8個(gè)小球運(yùn)動軌跡之間的空間距離與時(shí)空曲率之間的關(guān)系！

很明顯，地球處于月球的引力范圍之內(nèi)，時(shí)空曲率不可能為零，所以，地球表面的水一定會出現(xiàn)潮汐現(xiàn)象！方程右邊的時(shí)空曲率越大，潮汐現(xiàn)象就越明顯。當(dāng)時(shí)空曲率為零（處于平直時(shí)空）時(shí)，才不會出現(xiàn)潮汐現(xiàn)象。

?總結(jié)

牛頓的引力理論認(rèn)為：潮汐現(xiàn)象的根源在于引力場的不均勻性；而根據(jù)愛因斯坦的“廣義相對論”，潮汐現(xiàn)象的“罪魁禍?zhǔn)住本褪菚r(shí)空彎曲或者時(shí)空曲率。