Eftersom Newtons tyngdkraft, där den verkligen anses vara en kraft, är en tillräckligt god approximation till de situationer du anser i grundskolan (och därefter).

Allmänna relativistiska effekter är mycket svaga på de vanliga skalorna som vi människor tittar på, och det skulle vara överdrivet att införa den fullblåsta maskinen för allmän relativitet (som kräver en betydligt mer avancerad matematisk behandling än vanliga newtonska krafter) för att behandla situationer där felet som att använda den newtonska versionen är försumbar.

Dessutom, även i den allmänna relativistiska behandlingen kan du fortfarande betrakta effekten på rörliga partiklar som en "kraft", precis som du kan betrakta centrifugalkraften för att vara en fiktiv kraft som visas i roterande koordinatsystem, se även svaren på Varför behöver vi fortfarande tänka på tyngdkraften som en kraft?

Även om vi begränsar oss till en newtonsk världsuppfattning, finns det inte krafter . En väsentlig sak som inte betonas tillräckligt när man undervisar i fysik är att fysik (i alla dess undrar) inte är annat än en matematisk modell för den verklighet vi uppfattar. Oavsett om du funderar på newtons mekanik, relativitet eller kvantmekanik.

Det finns inga koordinater eller vektorer eller något liknande i verkligheten. Vi använder dessa matematiska verktyg för att fästa mening och relatera - och förhoppningsvis förklara - mätningar och observationer vi gör. Detta tillvägagångssätt har haft en enorm framgång, både i mer eller mindre direkta applikationer (tänk på NASA eller många avancerade tekniker) och även i teoretiska framsteg, som kvantmekanik (där rätt generalisering av Hamilton-formalismen på något sätt magiskt förklarar saker på partikelnivå ).

När det gäller krafter, observera att du aldrig mäter en kraft. Vad du mäter är dess konsekvenser (oftast en förskjutning eller en förändring i strömmen eller många andra saker) och du tolkar den förändringen med den newtonska modellen som en krafts verkan.

Tim B. tar ställningen att detta är ett exempel på att ljuga för barn. Jag håller helt inte med; enligt min mening är vad detta är ett exempel på idealisering, vilket är något som varje modell måste göra inom alla grenar av vetenskapen. Som George EPBox en gång skrev:

I huvudsak är alla modeller fel, men vissa är användbara.

Det ljuger inte, det heter göra vetenskap. Ergo, att lära att tyngdkraften är en kraft blir bara oärlig om läraren misslyckas med att ta upp det faktum att Newtons gravitation bara är en modell för gravitationsinteraktion, och att i princip alla modeller är fel, inklusive GR och kvantgravitation. Kort sagt tror jag att gravitation ger ett utmärkt pedagogiskt tillfälle att diskutera vetenskapens praktik och vetenskapens filosofi i klassrummet. och därför, om det görs rätt, inte kvalificerar sig som ett exempel på att ljuga för barn.

Det finns en liten subtilitet här. Så vitt någon vet kan det vara möjligt att upptäcka en teori om allt (ToE) som inte bara redogör för alla fenomen vi för närvarande vet om, utan som faktiskt står för alla fenomen vi kan någonsin veta om och alla enheter vi kan någonsin interagera med.

Men även om något forskningsprogram upptäcker en ToE finns det i princip inget sätt vi kan vet någonsin att det är en ToE. För att undvika helt kvävande fysik måste vi alltid anta att det kan finnas ytterligare fenomen som ingen känner till ännu, även om den för närvarande gynnade ToE verkar förklara alla kända fenomen.

Naturligtvis har vi varit i den här situationen tidigare; under en lång tid antogs det allmänt att den newtonska mekaniken var en ToE som kunde förklara i huvudsak all fysik. Hur fel vi hade, och hur lyckliga att vissa tänkare vägrade att acceptera att fysik i huvudsak var "gjort"!

Det är ett exempel på "ljuga för barn".

https://en.wikipedia.org/wiki/Lie-to-children

Eftersom vissa ämnen kan vara extremt svåra att förstå utan erfarenhet kan det vara överväldigande att införa en fullständig nivå av komplexitet för en elev eller ett barn samtidigt. Därför förenklas elementära förklaringar på ett sätt som gör lektionen mer förståelig, men tekniskt fel. En lögn till barn är tänkt att så småningom ersättas med en mer sofistikerad förklaring som är närmare sanningen.

Om vi ​​följer vår skolplan är nästan all fysik som vi lär oss nytonsk fysik. Allt från kraft till rörelselagar är alla baserade på newtonska idéer.

Och den allmänna relativitetsteorin är ett modernt begrepp som faktiskt är mer sant. Men du vet att GTR är ett svårt begrepp att förstå för ett barn. Så för att göra kursen enkel lär vi oss dessa saker som en kraft.

Och även före Einstein trodde alla tyngdkraften som en kraft. Därför har den klassiska traditionen fortsatt i våra böcker. Vilket kräver allvarlig översyn.

För att ge dig ett exempel även i kemi lärs atomen ut till barnen som ett slags solsystem. Vilket det helt klart inte är.

Jag skulle vilja ta en lite annan vinkel på denna fråga och påpeka att de flesta fysiker tror att tyngdkraften faktiskt är en kraft. Den moderna partikelfysikens stora triumf, standardmodellen, innehåller de starka, svaga och elektromagnetiska krafterna. Dessa krafter representeras i standardmodellen av närvaron av kraftbärare (spin 1 gauge-bosoner): Gluon-, W- och Z-bosonerna respektive foton som kopplas till partiklar med laddning (elektriskt svagt eller färg). Standardmodellen är en kvantfältsteori. När man undersöker materiens struktur vid hög energi är denna framställning nödvändig. Men vid låga energier kan man konstruera effektiva teorier som är mycket enklare. Maxwells ekvationer är ett exempel. På samma sätt tror de flesta fysiker att ekvationerna för allmän relativitet (Einsteins ekvationer) är den lågenergilösningen av en kvantfältsteori om gravitation. Således är det naturligt att anta att Einsteins ekvationer i någon stor energiskala kommer att bryta ner (närmar sig till exempel ett svart håls centrum). Problemet är att kraftbäraren för tyngdkraften (gravitationen) borde vara en spin 2-partikel, till skillnad från de andra kraftbärarna, och det visar sig vara mycket svårt att konstruera en konsekvent kvantfältsteori om spin 2-mätpartiklar. För närvarande är strängteori den ledande kandidaten för en sådan teori.

Så under sin utbildning som fysiker lär man sig först att tyngdkraften är en kraft från Newton, sedan att det verkligen är ett resultat av att vara i en krökt utrymme från Einstein, och sedan att det verkligen måste vara en kraft trots allt! Vem heter vi ska tillskriva den sista lektionen är fortfarande att avgöra, verkar det.

Jag tycker att många här är alldeles för intelligenta för att se den här punkten:

eftersom du inte har ett bättre val . Det är helt enkelt inte praktiskt och inte genomförbart att lära barnen på gymnasiet om allmän relativitet. (um ... förväntar sig att de redan känner till lite tensor? och förstår rymdtid?)

Dessutom, som många andra nämnde, är Newton-metoden inte så dålig. I många fall ger Newton-metoden oss ett mycket bra numeriskt svar, vilket är tillräckligt för många ändamål.

Dessutom ger Newtons tyngdkraftshistoria utmärkta material för barn att lära sig om vetenskapliga metoder, säg, hur och varför forskare mätte gravitationskonstanten? till och med i den här frågan omfamnar vi det faktum att vetenskapen aldrig är naturens fullständiga historia , som Feynman en gång sa,

" Varje bit, eller del, av hela naturen är alltid bara en approximation till den fullständiga sanningen, eller den fullständiga sanningen så långt vi vet den. Faktum är att allt vi vet bara är en typ av approximation, för vi vet att vi känner inte till alla lagar ännu. " -Richard Feynman

och det kommer att låta barnen veta varför vi ska fortsätta att göra vetenskap och uppmuntra dem att göra det :)

Jag känner till två skäl till varför vi bör betrakta tyngdkraften som en kraft. Den första är rent klassisk och newtonsk: tidvattenkrafter. Gravitation är ensam ansvarig för att producera tidvattenkrafter, och de kan inte betraktas som en fiktiv kraft, medan den vanliga accelerationen på grund av tyngdkraften i någon mening alltid kan betraktas som fiktiv. Sättet du vet att tidvattenkrafter är verkliga krafter är att de konstrueras direkt med hjälp av Riemann-krökningstensorn, som inte kan försvinna med enbart förändring av koordinaterna. Jämför detta med accelerationen på grund av tyngdkraften, som i en allmän relativistisk miljö kännetecknas av anslutningskoefficienterna, $ \ Gamma ^ a_ {bc} $. Till skillnad från Riemann-tensorn är anslutningskoefficienterna inte tensoriska, och de kan få dem att försvinna med en ändring av koordinaterna (detta val av koordinater kallas Riemanns normala koordinater), vilket avslöjar den kraftens fiktiva natur. Ur en mer praktisk synvinkel bör tidvattenkrafter betraktas som verkliga eftersom de leder till saker som uppvärmning av planetens inre eller spagettifiering av den stackars astronauten som råkar falla i ett svart hål.

Det andra skälet till att man kan anse att gravitationen är en kraft är mer grundad i kvantinställningen. I kvantfältsteori ersätts begreppet "kraft" i allmänhet med "måttinteraktion", dvs. ett boson som kopplas till en konserverad ström. När människor säger att det finns fyra grundläggande krafter är det i allmänhet den meningen i vilket de använder ordet kraft. Som kvantteori beter sig gravitationen mycket analogt med de elektromagnetiska, svaga och starka krafterna, även om det naturligtvis finns skillnader i detaljerna. Observera också att när vi tar den klassiska gränsen för många lågenergigraviter (den kraftbärande partikeln för gravitationsinteraktionen) får vi en gravitationsvåg. Och vilken typ av krafter producerar gravitationsvågor? Tidvattenkrafter! Detta framgår av det karakteristiska sträcknings- och klämmönstret som är associerat med gravitationsvågen.

Så jag skulle säga att den snygga frasen att "tyngdkraften inte är en kraft" är den verkliga lögnen mot barn som förekommer i pedagogiska introduktioner till allmän relativitet.

Varför instrueras vi i Middle School om krafter?

Jag skulle följa med Shings svar; det handlar om pedagogik: det är lätt för barn att tänka och visualisera kraft, du kan skjuta en stol eller dra ett elastiskt band; när du svänger en sten bunden till snöre i en cirkel kan du känna centrifugalkraften.

Det följer också den historiska utvecklingen av disciplinen, som du menar att du lär dig hur vetenskapen fungerar via den induktiva metoden, liksom genom teori och inspirerad gissning: trots allt gissade Planck faktiskt bara på kvanterna i ett försök att lösa problemet med svartkroppsstrålning.

Det är också språket som kodades in i hur fysik tänks igenom och konceptualiseras: kraft uttrycks i termer av momentum, och sedan är övergången till lagrangisk formalism till generaliserad momenta; och sedan igen till QM genom att ersätta dem med deras operatörsekvivalenter.

Varför är GR inte en kraft

Den andra anledningen är att flytta till GR, inte inte negera eller förfalska Newtonian Mechanics; i en lokal ram finns det en newtonsk approximation där tyngdkraften kommer att se ut som den vanligtvis gör som en kraft.

Det är i den globala bilden att man kan se den följa en geodesik, som det är värt att påminna oss om att det är en partikel som följer en "rak" linje på en krökt yta; så en generalisering av Newtons första lag.

Problemet är på ett sätt ordet "är"; istället för att tänka betyder det bara en sak, det är bättre att tänka att det tvivlar mellan flera beskrivningar:

Denna boll är målad blå; är rund; ligger på marken: flera är för att beskriva flera olika perspektiv på en och enstaka situation.

Om tyngdkraften inte är en kraft, varför lär vi oss i skolan att det är det?

Eftersom det är en kraft. Det är bara inte en kraft i newtonsk mening, där arbete = kraft x avstånd. När du tappar en tegelsten tillför inte "tyngdkraften" någon energi till tegelstenen. Istället omvandlar den potentiell energi till kinetisk energi. Detta skiljer sig från vad du gör om du accelererar tegelstenen horisontellt. Då jobbar du med det. Du tillför energi till det. Du arbetar också på tegelstenen när du lyfter upp den. Du utövar en kraft x avstånd mot gravitationen, och som ett resultat lägger du energi till tegelstenen *. När du sedan tappar tegelstenen omvandlas denna potentiella energi till kinetisk energi. När tegelstenen träffar marken försvinner denna energi och du börjar cykeln igen. Processen är inte olik vad du skulle göra om du drog en elektron bort från en proton, så tro inte att gravitationen på något sätt är unik.

Jag har studerat en del av Einsteins teori om allmän relativitet, och jag förstår att den säger att tyngdkraften inte är en kraft utan snarare effekterna av föremål som böjer rymdtid. Om detta är sant

Det är inte riktigt sant är jag rädd. Rymdtidskurvatur avser tidvattenkraften, medan "rumstidslutning" avser tyngdkraften. Se lutande kottar här.

varför instrueras vi då i gymnasiet att det är en kraft?

Återigen, för det är det. De berättar bara inte hela historien, det är allt. Ställ en fråga om att lyfta en tegelsten och hur den kan jämföras med att dra bort elektronen från protonen. Slå upp massunderskottet och fortsätt ställa frågor!

^{* Strängt taget tillför du också energi till jorden, men medan momentum är lika delat är det inte energi. Jorden får en så liten andel att vi ignorerar den.}