universal gravitation
不但地球?qū)λ車奈矬w有吸引作用,而且任何兩個(gè)物體之間都存在這種吸引作用。物體之間的這種吸引作用普遍存在于宇宙萬(wàn)物之間,稱為萬(wàn)有引力。
萬(wàn)有引力是由于物體具有質(zhì)量而在物體之間產(chǎn)生的一種相互作用。它的大小和物體的質(zhì)量以及兩個(gè)物體之間的距離有關(guān)。物體的質(zhì)量越大,它們之間的萬(wàn)有引力就越大;物體之間的距離越遠(yuǎn),它們之間的萬(wàn)有引力就越小。
兩個(gè)通常物體之間的萬(wàn)有引力極其微小,我們察覺(jué)不到它,可以不予考慮。比如,兩個(gè)質(zhì)量都是60千克的人,相距0.5米,他們之間的萬(wàn)有引力還不足百萬(wàn)分之一牛頓,而一只螞蟻拖動(dòng)細(xì)草梗的力竟是這個(gè)引力的1000倍!
但是,天體系統(tǒng)中,由于天體的質(zhì)量和大,萬(wàn)有引力就起著決定性的作用。在天體中質(zhì)量還算很小的地球,對(duì)其他的物體的萬(wàn)有引力已經(jīng)具有巨大的影響,它把人類、大氣和所有地面物體束縛在地球上,它使月球和人造地球衛(wèi)星繞地球旋轉(zhuǎn)而不離去。
重力,就是由于地面附近的物體受到地球的萬(wàn)有引力而產(chǎn)生的。
任意兩個(gè)物體或兩個(gè)粒子間的與其質(zhì)量乘積相關(guān)的吸引力。自然界中最普遍的力。簡(jiǎn)稱引力,有時(shí)也稱重力。在粒子物理學(xué)中則稱引力相互作用和強(qiáng)力、弱力 、電磁力合稱4種基本相互作用。引力是其中最弱的一種,兩個(gè)質(zhì)子間的萬(wàn)有引力只有它們間的電磁力的1/1035 ,質(zhì)子受地球的引力也只有它在一個(gè)不強(qiáng)的電場(chǎng)1000伏/米的電磁力的1/1010。因此研究粒子間的作用或粒子 在電子顯微鏡和加速器中運(yùn)動(dòng)時(shí),都不考慮萬(wàn)有引力的作用 。一般物體之間的引力也是很小的,例如兩個(gè)直徑為 1米的鐵球 ,緊靠在一起時(shí) ,引力也只有2.83×10-4牛頓,相當(dāng)于0.03克的一小滴水的重量 。但地球的質(zhì)量很大,這兩個(gè)鐵球分別受到4×104牛頓的地球引力。所以研究物體在地球引力場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí),通常都不考慮周圍其他物體的引力。天體如太陽(yáng)和地球的質(zhì)量都很大,乘積就更大,巨大的引力就能使龐然大物繞太陽(yáng)轉(zhuǎn)動(dòng)。引力就成了支配天體運(yùn)動(dòng)的唯一的一種力。恒星的形成,在高溫狀態(tài)下不彌散反而逐漸收縮,最后坍縮為白矮星、中子星和黑洞 , 也都是由于引力的作用,因此引力也是促使天體演化的重要因素。
萬(wàn)有引力的發(fā)現(xiàn)過(guò)程
在談?wù)撊f(wàn)有引力發(fā)現(xiàn)的事件時(shí),對(duì)於當(dāng)時(shí)天文學(xué)及力學(xué)的發(fā)展情形也得有一些說(shuō)明,才能了解當(dāng)時(shí)代科學(xué)的背景,以及它是如何影響刺激牛頓發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力。
牛頓的萬(wàn)有引力之簡(jiǎn)單涵義
牛頓并不是發(fā)現(xiàn)了重力,他是發(fā)現(xiàn)重力是「萬(wàn)有」的。每個(gè)物體都會(huì)吸引其他物體,而這股引力的大小只跟物體的質(zhì)量與物體間的距離有關(guān)。牛頓的萬(wàn)有引力定律說(shuō)明,每一個(gè)物體都吸引著其他每一個(gè)物體,而兩個(gè)物體間的引力大小,正比於這它們的質(zhì)量,會(huì)隨著兩物體中心連線距離的平方而遞減。牛頓為了證明只有球形體可把「球的總質(zhì)量集中到球的質(zhì)心點(diǎn)」來(lái)代表整個(gè)球的萬(wàn)有引力作用的總效果而發(fā)展了微積分。然而不管距離地球多遠(yuǎn),地球的重力永遠(yuǎn)不會(huì)變成零,即使你被帶到宇宙的邊緣,地球的重力還是會(huì)作用到你身上,雖然地球重力的作用可能會(huì)被你附近質(zhì)量巨大的物體所掩蓋,但它還是存在。不管是多小還是多遠(yuǎn),每一個(gè)物體都會(huì)受到重力作用,而且遍布整個(gè)太空,正如我們所說(shuō)的「萬(wàn)有」。
量子力學(xué)的解釋
我們知道,由光子是物質(zhì)的基本粒子來(lái)看,物質(zhì)的構(gòu)成本身沒(méi)有意義,如果物質(zhì)不能夠與環(huán)境中的其它光子信息相互作用,它就不能將自己的能量、存在形式、表達(dá)給自然界,自己就是以純暗物質(zhì)的形式存在,盡管自己的壽命表現(xiàn)為無(wú)限長(zhǎng)久,但是對(duì)環(huán)境、對(duì)自己沒(méi)有意義,只有它不斷與環(huán)境的其它光子信息相互作用光子能量,才能將自己的能量、質(zhì)量表現(xiàn)出來(lái),自己的光子信息才能變化,自己才能由生長(zhǎng)到死亡,才能有自己存在的意義;這就是說(shuō)任何物質(zhì),只要它存在,它就會(huì)不斷地與環(huán)境中的其它光子信息相互作用,這樣,物質(zhì)的存在,各種作用力的存在,事實(shí)上,是通過(guò)自己周圍的光子信息場(chǎng)完成的。
如圖所示,物質(zhì) A 存在,是物質(zhì) A 不斷與環(huán)境作用光子信息能量,而表現(xiàn)自己的質(zhì)量,當(dāng)物質(zhì) B 存在的時(shí)候,由于 B 也要不斷與環(huán)境的光子信息相互作用,這 B 就不同程度地影響了 A 周圍的光子信息內(nèi)容,從宏觀的角度來(lái)看,是 B 擋住了來(lái)自 A 周圍的光子信息,改變了 A 周圍的光子信息場(chǎng),從大的方面來(lái)看,是來(lái)自于左方的光子信息能量要多一些,來(lái)自于 A 的右方光子信息能量要少一些,宏觀表現(xiàn)為 B 對(duì) A 有一個(gè)作用力,這個(gè)作用力,是所有物質(zhì)共有的,稱為萬(wàn)有引力。
也可以說(shuō)成是,由于 B 的存在,導(dǎo)致了 A 周圍的光子信息力場(chǎng)的形狀發(fā)生了變化,這個(gè)力場(chǎng)的形狀發(fā)生了變化,本來(lái)沒(méi)有 B 的時(shí)候,物體 A 是一種平衡狀態(tài),有了 B 以后,光子信息的力場(chǎng)發(fā)生了變化,物體 A 的作用力,由于平衡變成了不平衡,人們自然會(huì)說(shuō),這是物體 B 存在的結(jié)果,是物體 B 對(duì) A 的作用力。
相對(duì)論的解釋
其實(shí)引力是不存在的?;蛘哒f(shuō)引力只是這種現(xiàn)象的一種解釋而已。它不同于其他力。
“引力”其實(shí)是時(shí)空扭曲的表現(xiàn),舉一個(gè)二維的例子:一張繃直的橡皮筋網(wǎng)
1.放上兩個(gè)質(zhì)量不一,體積相同的球,網(wǎng)扭曲了
2.在1的基礎(chǔ)上,讓一個(gè)球在橡皮筋網(wǎng)上作勻速直線運(yùn)動(dòng),直線與(同一個(gè))球的位置距離越近,軌跡彎區(qū)越大
3.在2的基礎(chǔ)上,讓一個(gè)球在橡皮筋網(wǎng)上作勻速直線運(yùn)動(dòng)接近兩個(gè)質(zhì)量不等的球,直線與兩個(gè)球的距離相同,經(jīng)過(guò)質(zhì)量大的球,軌跡彎區(qū)大
2跟3說(shuō)明的現(xiàn)象與引力相似,而且也有質(zhì)量越大、距離越小,引力越大
物體由于慣性沿直線運(yùn)動(dòng),但在扭曲的空間運(yùn)動(dòng),表現(xiàn)出來(lái)就是受到引力影響
事實(shí)上,引力扭曲的是四維時(shí)空。
還有一個(gè)例子:光經(jīng)過(guò)大質(zhì)量天體時(shí)會(huì)扭曲,但引力不能作用于光,所以解釋就是光沿直線傳播,在扭曲的時(shí)空中運(yùn)動(dòng),就會(huì)扭曲。但光還是沿直線傳播
事實(shí)上,萬(wàn)有引力并不是一種真實(shí)的力,比如牛頓說(shuō)的萬(wàn)有引力,是萬(wàn)物之間皆有引力的簡(jiǎn)寫。有確鑿證據(jù)表明:引力是電場(chǎng)力的作用。卡文迪許的扭秤測(cè)出的兩個(gè)球之間的引力是“分子間力”。宇宙星體間的作用都是靜電引力或斥力,圓周運(yùn)動(dòng)在于帶電星體在另一星體的磁場(chǎng)中受到了洛侖茲力。
萬(wàn)有引力定律
萬(wàn)有引力定律是解釋物體之間的相互作用的引力的定律。
萬(wàn)有引力定律是牛頓在1687年于《數(shù)學(xué)原理》上發(fā)表的。定律指出:
兩物體間引力的大小與兩物體的質(zhì)量的乘積成正比,與兩物體間距離的平方成反比,而與兩物體的化學(xué)本質(zhì)或物理狀態(tài)以及中介物質(zhì)無(wú)關(guān)。
用公式表示為:F=G*M1M2/(R*R) (G=6.67×10^-11N•m^2/kg^2) 可以讀成F等于G乘以M1M2除以R的平方商
更加嚴(yán)謹(jǐn)?shù)谋硎臼侨缦碌氖噶啃问剑?br>其中:
F: 兩個(gè)物體之間的引力
G: 萬(wàn)有引力常數(shù)
m1: 物體1的質(zhì)量
m2: 物體2的質(zhì)量
r: 兩個(gè)物體之間的距離