萬有引力
任何兩個物體或粒子之間的吸引力與其質量的乘積有關。自然界中最常見的力量。簡稱重力,有時也叫萬有引力。在粒子物理學中稱為引力相互作用和四種基本相互作用:強力、弱力和電磁力。重力是最弱的壹種。兩個質子之間的引力只是它們之間電磁力的1/1035,質子在弱電場中只是電磁力的1/1010。因此,在電子顯微鏡和加速器中研究粒子之間的相互作用或粒子的運動時,不考慮重力的影響。壹般物體之間的引力也很小。比如兩個直徑為1米的鐵球靠在壹起,重力只有2.83×10-4牛頓,相當於0.03克的小水滴的重量。但是地球質量很大,這兩個鐵球分別受到4×104牛頓的重力。因此,在研究地球引力場中物體的運動時,通常不考慮周圍其他物體的引力。天體,比如太陽和地球,質量很大,乘積更大。巨大的引力可以讓龐然大物圍繞太陽旋轉。引力成了唯壹支配天體運動的力。恒星的形成不是在高溫下分散,而是逐漸收縮,最後坍縮成白矮星、中子星、黑洞,都是由於引力的作用,所以引力也是推動天體演化的重要因素。
引力的發現過程
在談到引力發現這壹事件時,還應說明當時天文學和力學的發展,以了解當時的科學背景,以及它是如何影響和刺激牛頓發現引力的。
關於力學:
牛頓知道伽利略更早提出的慣性概念。他知道動子在沒有外力的情況下會勻速直線運動。他還知道,如果運動中的物體的速度或方向發生變化,它壹定會發揮強大的作用。當時的牛頓,受天文學家哥白尼的“地球繞太陽運行的圓形軌道”的影響,可能對月球的運行軌道不是直線,而是繞地球運行的圓形軌道深感不解。但他已經知道“物體做圓周運動需要向心力”的理論是海根斯提出的。從天文學上講,圍繞太陽運行的行星應該也需要壹個向心引力,但這個力是什麽呢?
關於天文學:
1543年,哥白尼提出了天體學說,解釋了以太陽為行星中心和地球自轉的星占學,對人類以自我為中心的宇宙觀進行了革命性的變革。後來在1609年,開普勒提出了行星運動第壹定律“行星的軌道是壹個橢圓,太陽在橢圓的壹個焦點上”和第二定律“等面積定律”。行星同時與太陽相連,掃過同壹區域”和1619提出的第三定律“周期律”;行星周期t的平方與平均軌道距離的立方成正比。這三個定律揭示了幾個問題:
1.軌道可以是圓形或橢圓形。什麽樣的動作才能形成這樣的軌道?
2.太陽在橢圓的焦點上,這表明行星圍繞太陽旋轉。是什麽力量使它們圍繞太陽旋轉?
3.從周期與軌道半徑的關系(周期的平方與軌道半徑的三次方成正比)來看,這意味著什麽樣的作用?
牛頓的偉大在於看到了月亮壹直在向地球“墜落”,就像蘋果的墜落壹樣。他推斷月亮和蘋果落下的原因是由於地球引力的拉動。
墜落的月亮
牛頓進壹步發展了他的想法。他把落下的蘋果和落下的月亮相比較。後來牛頓了解到,如果月球沒有向地球墜落,它會直線運動,最終脫離繞地球運行的軌道,所以他認為月球是在繞地球墜落(月球墜落嚴重)。所以沒有外力的時候月亮壹定會落到應該去的那個下面。牛頓大膽地假設,受引力吸引的月球只是壹個繞地球運行的拋射體。至於月球的切向速度是怎麽來的,可能在宇宙大爆炸和創世的時候就已經決定了,月球的切向速度將決定它繞地球的軌道是圓形、橢圓形、拋物線形、雙曲線形還是撞上地球。
牛頓萬有引力的簡單含義
牛頓沒有發現萬有引力。他發現引力是“壹切”。每個物體都會吸引其他物體,這種吸引力的大小只與物體的質量和物體之間的距離有關。牛頓萬有引力定律表明,每壹個物體都會吸引其他每壹個物體,兩個物體之間的引力與它們的質量成正比,質量會隨著兩個物體中心距離的平方而減小。牛頓為了證明只有球體才能將球的總質量集中在球的質心來表示整個球的引力的總效應,發展了微積分。但是,無論離地球多遠,地球引力永遠不會變為零。即使妳被帶到宇宙的邊緣,地球的引力仍然會作用在妳身上。雖然地球引力的影響可能被妳附近的大質量物體所掩蓋,但它仍然存在。無論多小多遠,每壹個物體都會受到引力的影響,遍布整個空間,就像我們說的“萬物”。
牛頓和萬有引力定律
牛頓第壹定律是所有物體總是保持直線運動或靜止,除非作用在其上的力迫使它們改變這種狀態。
牛頓第壹定律也被稱為慣性定律。
牛頓第二定律是物體的加速度與作用力成正比,與物體的質量成反比。
牛頓第三定律是兩個物體之間的作用力和反作用力總是大小相等,方向相反,作用在同壹條直線上。
萬有引力的形成原理
引力是任何物體之間的相互吸引。兩個物體所見的引力與它們的質量乘積成正比,與它們的距離成反比。
-新華字典
眾所周知,愛因斯坦是物理學界的大英雄。在他幾十年的生命中,他也應該思考這個本質問題,物質之間為什麽會有引力,特別是到了晚年,他對力場進行了統壹的研究。雖然他在物理科學的統壹研究上沒有太大的成就,但他壹定做了壹些工作,給後人的研究帶來了壹些啟示。特別是愛因斯坦的相對論,建立了質能方程來解釋物質的質能關系。為了說明自然界中的光速就是極限速度,他假設自然界中存在的光速就是極限速度,不存在大於這個速度的速度。物質的速度疊加時,相對速度不會超過光速,速度越大,物質質量越大。這個系統被稱為愛因斯坦的狹義相對論。為了解釋物質間萬有引力的存在,愛因斯坦認為宇宙相當於壹張網。壹種物質的存在會使這張網變形,使該物質周圍的時空彎曲,從而使另壹種物質有相對運動的趨勢,這相當於現有物體對其施加的力。這被稱為廣義相對論。
愛因斯坦的相對論太深奧了,沒幾個人看得懂,更沒幾個人看得懂。今天我們用光子作為物質的基本粒子,進壹步說明物質之間萬有引力的存在是壹個非常簡單的問題,在理論上變得非常容易理解。因為自然的存在是壹件很簡單的事情,因為人類的社會屬性,人類變得和自然不壹樣,因為人類的思想、聽覺、文明、文化,過著人類長期的社會生活,使得人類忘記了自然的同壹種語言,失去了和自然直接交換全面光子信息的能力,只能交換頻率範圍很窄的光子信息,這讓人類走向了極端,變得復雜。
我們知道,從光子是物質的基本粒子的角度來看,物質本身的組成是沒有意義的。物質如果不能與環境中的其他光子信息相互作用,就無法表達其能量、存在形式和性質。它以純暗物質的形式存在。雖然它的壽命是無限的,但對環境和自身都沒有意義。只有不斷地與環境中的其他光子信息相互作用,才能表現出它的能量和質量。也就是說,任何物質,只要存在,就會不斷地與環境中的其他光子信息相互作用,這樣物質的存在和各種力的存在,實際上都是通過其周圍的光子信息場來完成的。
如圖,物質A的存在是物質A不斷與環境相互作用的光子信息能量,表現自身的質量。當物質B存在時,由於B也不斷地與環境的光子信息相互作用,這個B不同程度地影響著A周圍的光子信息內容。從宏觀上看,是B阻擋了來自A周圍的光子信息,改變了A周圍的光子信息場,從大的方面看,來自左邊的光子信息能量多,來自A右邊的光子信息能量少。宏觀上,B對A有壹個作用力,這個作用力是所有物質都具有的,叫做引力。
也可以說,因為B的存在,A周圍的光子信息力場的形狀發生了變化,這個力場的形狀也發生了變化。當沒有B時,物體A處於平衡狀態。有了B之後,光子信息力場發生了變化,物體A的受力變得不平衡。人們自然會說這是物體B的存在和物體B對a的作用力的結果。