universal gravitation
不但地球?qū)λ車奈矬w有吸引作用,而且任何兩個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物之間,稱為萬有引力。
萬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)量以及兩個物體之間的距離有關(guān)。物體的質(zhì)量越大,它們之間的萬有引力就越大;物體之間的距離越遠(yuǎn),它們之間的萬有引力就越小。
兩個通常物體之間的萬有引力極其微小,我們察覺不到它,可以不予考慮。比如,兩個質(zhì)量都是60千克的人,相距0.5米,他們之間的萬有引力還不足百萬分之一牛頓,而一只螞蟻拖動細(xì)草梗的力竟是這個引力的1000倍!
但是,天體系統(tǒng)中,由于天體的質(zhì)量和大,萬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,對其他的物體的萬有引力已經(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有引力而產(chǎn)生的。
任意兩個物體或兩個粒子間的與其質(zhì)量乘積相關(guān)的吸引力。自然界中最普遍的力。簡稱引力,有時也稱重力。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,兩個質(zhì)子間的萬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不強(qiáng)的電場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動時,都不考慮萬有引力的作用 。一般物體之間的引力也是很小的,例如兩個直徑為 1米的鐵球 ,緊靠在一起時 ,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中的運動時,通常都不考慮周圍其他物體的引力。天體如太陽和地球的質(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轉(zhuǎn)動。引力就成了支配天體運動的唯一的一種力。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。
萬有引力的發(fā)現(xiàn)過程
在談?wù)撊f有引力發(fā)現(xiàn)的事件時,對於當(dāng)時天文學(xué)及力學(xué)的發(fā)展情形也得有一些說明,才能了解當(dāng)時代科學(xué)的背景,以及它是如何影響刺激牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力。
牛頓的萬有引力之簡單涵義
牛頓并不是發(fā)現(xiàn)了重力,他是發(fā)現(xiàn)重力是「萬有」的。每個物體都會吸引其他物體,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)。牛頓的萬有引力定律說明,每一個物體都吸引著其他每一個物體,而兩個物體間的引力大小,正比於這它們的質(zhì)量,會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」來代表整個球的萬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)不會變成零,即使你被帶到宇宙的邊緣,地球的重力還是會作用到你身上,雖然地球重力的作用可能會被你附近質(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),每一個物體都會受到重力作用,而且遍布整個太空,正如我們所說的「萬有」。
量子力學(xué)的解釋
我們知道,由光子是物質(zhì)的基本粒子來看,物質(zhì)的構(gòu)成本身沒有意義,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)為無限長久,但是對環(huán)境、對自己沒有意義,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,自己的光子信息才能變化,自己才能由生長到死亡,才能有自己存在的意義;這就是說任何物質(zhì),只要它存在,它就會不斷地與環(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,事實上,是通過自己周圍的光子信息場完成的。
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,從宏觀的角度來看,是 B 擋住了來自 A 周圍的光子信息,改變了 A 周圍的光子信息場,從大的方面來看,是來自于左方的光子信息能量要多一些,來自于 A 的右方光子信息能量要少一些,宏觀表現(xiàn)為 B 對 A 有一個作用力,這個作用力,是所有物質(zhì)共有的,稱為萬有引力。
也可以說成是,由于 B 的存在,導(dǎo)致了 A 周圍的光子信息力場的形狀發(fā)生了變化,這個力場的形狀發(fā)生了變化,本來沒有 B 的時候,物體 A 是一種平衡狀態(tài),有了 B 以后,光子信息的力場發(fā)生了變化,物體 A 的作用力,由于平衡變成了不平衡,人們自然會說,這是物體 B 存在的結(jié)果,是物體 B 對 A 的作用力。
相對論的解釋
其實引力是不存在的?;蛘哒f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”其實是時空扭曲的表現(xiàn),舉一個二維的例子:一張繃直的橡皮筋網(wǎng)
1.放上兩個質(zhì)量不一,體積相同的球,網(wǎng)扭曲了
2.在1的基礎(chǔ)上,讓一個球在橡皮筋網(wǎng)上作勻速直線運動,直線與(同一個)球的位置距離越近,軌跡彎區(qū)越大
3.在2的基礎(chǔ)上,讓一個球在橡皮筋網(wǎng)上作勻速直線運動接近兩個質(zhì)量不等的球,直線與兩個球的距離相同,經(jīng)過質(zhì)量大的球,軌跡彎區(qū)大
2跟3說明的現(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動,但在扭曲的空間運動,表現(xiàn)出來就是受到引力影響
事實上,引力扭曲的是四維時空。
還有一個例子:光經(jīng)過大質(zhì)量天體時會扭曲,但引力不能作用于光,所以解釋就是光沿直線傳播,在扭曲的時空中運動,就會扭曲。但光還是沿直線傳播
事實上,萬有引力并不是一種真實的力,比如牛頓說的萬有引力,是萬物之間皆有引力的簡寫。有確鑿證據(jù)表明:引力是電場力的作用??ㄎ牡显S的扭秤測出的兩個球之間的引力是“分子間力”。宇宙星體間的作用都是靜電引力或斥力,圓周運動在于帶電星體在另一星體的磁場中受到了洛侖茲力。
萬有引力定律
萬有引力定律是解釋物體之間的相互作用的引力的定律。
萬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: 兩個物體之間的引力
G: 萬有引力常數(shù)
m1: 物體1的質(zhì)量
m2: 物體2的質(zhì)量
r: 兩個物體之間的距離