两个物体靠很近,根据万有引力公式,引力会非常大吗?为什么?
答:这正是万有引力的局限性之一,需要用量子力学或者广义相对论来解决!
万有引力的深层原理,涉及到复杂的广义相对论知识,这里我们不用广义相对论来解释,我们来看量子力学的解释。
万有引力定律描述:可看成两个质点的物体,质量分别是M和m,相对距离r,那么它们之间的万有引力大小为F=GMm/r^2。
该公式利用的前提是,两个物体可以看成质点,对于不可看成质点的物体,该公式将不再适用;比如两物体间的相对距离非常小时,利用该公式将得到发散的引力,这显然是错误的。
我们从微观来看,两个物体相互接近时,距离并不会无限靠近,原因有两点:
(1)不同原子的核外电子间,存在排斥力;
(2)不同原子的原子核间,存在排斥力;
电磁相互作用非常强,比万有引力高39个数量级,加上量子力学的限制,使得两个相互接近的原子,并不会无限靠近,所以万有引力自然不会无限大。
我们可以用经典力学的模型,来简单估计一下,氢原子的原子核,与核外电子间的万有引力大小:
氢原子核质量M=1.67×10^(-27)kg;
核外电子质量m=19.31×10^(-31)kg;
氢原子半径为r=0.53×10^(-10)m;
于是,两者间的万有引力F:
F=GMm/r^2≈4×10^(-47)N;
我们看到,虽然氢原子核与核外电子间的距离非常近,但是它们之间的万有引力小到忽略不记,完全没法和它们之间的电磁力相比。
所以正常情况下,万有引力并不会出现发散的情况。
物质有很多原子组成,就算把这些大量的原子算上,正常情况下也不会把万有引力叠加到无穷大。
除非特殊情况,比如中子星、夸克星和黑洞,它们内部已不再是普通物质,原子已经被“压碎”,广义相对论描述该类天体时,就会出现引力发散的情况。
而且,很有可能这正是当前理论的局限性所在。
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从万有引力公式来看,引力与距离成反比,距离越近引力越强,似乎没毛病。
但这样就产生一个矛盾:如果我们将两块任意物体靠在一起,按理说它们应该就分不开了,因为二者的距离趋向于零,引力无穷大。
很显然这很荒唐,至少绝大部分物体并不会出现这样的状况。难道是万有引力公式错了吗?
其实原因在于:电磁力。
宇宙中存在四种基本作用力,引力是我们最直观也是最常见的一种力,但同时它也是最弱的一种力。见下图
比如两个电子,受引力影响它们会相互吸引,但同时受电磁力影响,它们也在相互排斥对方,很明显电磁力远强于引力,所以两者靠不到一起。
但对于宇宙尺度来讲
引力却是占主导位置,比如地球绕着太阳转等等。
极端一些,比如中子星,质量大、密度大,引力强大到直接将电子挤到原子核上,同质子中和为中子;最极端的就是黑洞了,我们已经无法知晓其内部是什么构造了。
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万有引力理论就是证明任何两个物体之间产生相互吸引吗?
英国科学家牛顿在前人研究的基础上,1687年发表了箸名的自然哲学的敉学原理一书,首次提出了万有引力定律。
大家可能都听说过一个很多人都知道的故事。说牛顿一次看到苹果从苹果树上掉到地上,於是发现了万有引力定律。
牛顿的万有引力定律指出:每一个质点都具有吸引其它质点的引力。
兩个质量为m1与m2的质点,距离为r,它们的万有引力值为:
F=G.m1Xm2/r2
G称为引力常数,它是一个普适物理常数。
這个公式只对质点适用。若是一个大块物体,我们把它细分为一个一个质点。先计算质点两者之间引力,然后用微积分计算引力。
爱因斯坦对万有引力提出了全新的解释,它的广义相对论认为,万有引力是存在物质对四维时空扭曲的结果。
现在巳知存在着四种相互作用,即强相互作用,弱相互作用,电磁相互作用和引力相互作用。弱相互作用宇称不守恒。
多年以来物理学家提出了量子引力论,其中最有名的就是弦理论。当引力作用於微观距离時,例如在黑洞中心,巨大的质量被压缩在亚原子范围内,物质开始表现为亚原子属性。弦理论正是描述了了引力定律在此尺度上如何作用。
引力理论的研究现况,请查阅相关学术文献。
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万有引力和万有斥力是宇宙空间等量的客观存在!
任何物质之间都存在这个关系!
到底是吸引力多还是排斥力多?
这要看物质的构成!以及物质之间的力量的属性!
是故,宇宙才是多彩多姿也!
是故,宇宙才有分分合合,千变万化也!
只有正没有反?哪里有园呢?又哪里有维的层次呢?又哪里有运动呢?
单独的看物质间的万有引力是不全面的!
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