萬(wàn)有引力是怎么產(chǎn)生的 發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力有什么用
2024-02-08 15:17:57文/王瑩萬(wàn)有引力產(chǎn)生的原因?yàn)榇筚|(zhì)量物體(如地球、太陽(yáng)等天體)扭曲空間,就像一個(gè)鉛球放在一張緊繃的網(wǎng)上,網(wǎng)下垂,邊上的物體就會(huì)被吸引,包括一邊勻速直線運(yùn)動(dòng)的物體。用相對(duì)論解釋萬(wàn)有引力其實(shí)是不存在的,它不過(guò)是時(shí)空扭曲現(xiàn)象的必然結(jié)果而已。

萬(wàn)有引力是如何產(chǎn)生的
目前科學(xué)界的主流觀點(diǎn)認(rèn)為,引力的本質(zhì)是時(shí)空彎曲,這一觀點(diǎn)來(lái)自愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論,并且經(jīng)過(guò)了非常多的天文觀測(cè)證實(shí),還在理論上起到了很好的預(yù)測(cè)作用。
在人類對(duì)引力的認(rèn)識(shí)過(guò)程中,主要出現(xiàn)了三大理論。
牛頓經(jīng)典引力理論
據(jù)傳,因?yàn)橐粋€(gè)蘋(píng)果掉下來(lái)砸到牛頓的腦袋,牛頓因此悟出了萬(wàn)有引力定律。世間一切物質(zhì)都存在相互吸引的作用力,這就是萬(wàn)有引力。萬(wàn)有引力的大小,除了與兩個(gè)物體的質(zhì)量有關(guān),還與兩個(gè)物體之間的距離有關(guān)。這是經(jīng)典力學(xué)中關(guān)于引力的描述。
在牛頓的理論中,他認(rèn)為時(shí)空是平直的,并且不管距離有多遠(yuǎn),引力的作用都是瞬間完成的。現(xiàn)代物理學(xué)研究表明,牛頓的引力理論是廣義相對(duì)論的一種局域近似,它只適用于弱引力場(chǎng)環(huán)境。
牛頓的引力理論對(duì)于預(yù)測(cè)天體運(yùn)動(dòng)已經(jīng)很精確了,比如,天文學(xué)家利用萬(wàn)有引力定律預(yù)言了海王星的存在。不過(guò)在解決某些問(wèn)題時(shí),卻遇到了困難,比如水星近日點(diǎn)進(jìn)動(dòng)問(wèn)題。
愛(ài)因斯坦的引力理論
1915年,愛(ài)因斯坦在狹義相對(duì)論的基礎(chǔ)上正式完成廣義相對(duì)論,將引力解釋成時(shí)空彎曲,認(rèn)為時(shí)空與物質(zhì)的關(guān)系十分密切。而在牛頓的理論中,時(shí)空與物質(zhì)無(wú)關(guān)。因此,廣義相對(duì)論認(rèn)為引力并不真實(shí)存在,只是一種時(shí)空彎曲效應(yīng)。
該理論將時(shí)空幾何化,存在于三維空間中的物體能夠使空間乃至?xí)r間發(fā)生彎曲,這就是時(shí)空彎曲。有質(zhì)量的物體能使時(shí)空彎曲,質(zhì)量越大,時(shí)空彎曲的越厲害。并且單位空間中包含的質(zhì)量越多,該區(qū)域的時(shí)空曲率也就越大。引力相互作用的傳遞速度與光速相當(dāng)。廣義相對(duì)論中最重要的方程便是引力場(chǎng)方程,它描述了物質(zhì)與時(shí)空的關(guān)系。
量子引力理論
量子力學(xué)和相對(duì)論是現(xiàn)代物理學(xué)的兩大支柱。量子力學(xué)致力于研究微觀世界中物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,其研究結(jié)果得到了實(shí)驗(yàn)的精確支持。量子力學(xué)試圖將引力量子化,但卻并沒(méi)有獲得成功。
世界是物質(zhì)的,物理學(xué)家認(rèn)為自然界中存在4種基本作用力:電磁力、強(qiáng)力、弱力、引力。量子力學(xué)與狹義相對(duì)論、經(jīng)典場(chǎng)論結(jié)合,形成了量子場(chǎng)論,并在楊米爾斯理論的基礎(chǔ)之上發(fā)展出了標(biāo)準(zhǔn)模型理論,成功的將前三種力統(tǒng)一,可卻遲遲不能將引力納入其中,即量子力學(xué)與廣義相對(duì)論不兼容。
萬(wàn)有引力的適用范圍
1、經(jīng)典萬(wàn)有引力定律反映了一定歷史階段人類對(duì)引力的認(rèn)識(shí),在十九世紀(jì)末發(fā)現(xiàn),水星在近日點(diǎn)的移動(dòng)速度比理論值大,即發(fā)現(xiàn)水星軌道有旋緊,軌道旋緊的快慢的實(shí)際值為每世紀(jì)42.9″。
2、在法拉第和麥克斯韋之后,人們看到物理的實(shí)在除了粒子還有電磁場(chǎng)。電磁場(chǎng)具有動(dòng)量和能量且能傳播電磁波。
3、經(jīng)典力學(xué)的適用范圍并引入普朗克常量和真空中光速來(lái)界定經(jīng)典力學(xué)的領(lǐng)地。粗糙的說(shuō),經(jīng)典的萬(wàn)有引力定律適用范圍也可用一數(shù)量表示。
經(jīng)典力學(xué)的適用范圍并引入普朗克常量和真空中光速來(lái)界定經(jīng)典力學(xué)的領(lǐng)地。粗糙的說(shuō),經(jīng)典的萬(wàn)有引力定律適用范圍也可用一數(shù)量表示。
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