为什么物质能产生引力,能量却不能?

bdqnwqk4个月前问题10

题目短短两句话里面有两个错误?

首先物质和能量不是两个东西,能量是物质的一个属性,物质有两个属性:一个是质量,一个是能量。我想提问者想问的是为什么质量能产生引力,而能量却不能。这里面就产生第二个错误了,就是能量也能产生引力。

目前物理学里使用的引力理论是爱因斯坦的广义相对论,广义相对论把引力描述为一种时空几何效应,时空的弯曲表现为引力。爱因斯坦通过引力场方程来计量时空弯曲程度与物质的关系。我们来看看这个爱因斯坦折腾了8年的引力场方程:

其中:

Gμν是描述时空几何的爱因斯坦张量;

Rμν是表示定义时空弯曲程度(曲率)的里奇张量;

gμν是给定时空性质的度规张量;

R是里奇曲率标量;

π是圆周率;G是万有引力常数;c是光速;

Tμν是描述物质分布情况的能量动量张量。

划重点,引起时空弯曲的是能量动量张量,其中就包括能量。也就是能量是会导致时空弯曲的,而在广义相对论里时空弯曲就是引力了。所以就可以说能量是可以产生引力的。

另一方面我们来看看物质的另一个属性——质量是怎么回事。因为我们经常在科普书里面看到的是说质量使时空弯曲,那质量是什么呢?它跟能量又是什么关系呢?实际上爱因斯坦在狭义相对论里已经给出了答案:质量和能量就是一回事。它们只是物质的两种表现形式,爱因斯坦的质能方程同时给出了两者的换算方式。而在现实中,实际上禁闭在一定区域内的能量就会表现为质量!

有一个显著的例子就是质子和中子,我们就拿质子来说吧,一个质子是由两个上夸克和一个下夸克组成:

质子的质量是938MeV/c2

上夸克质量是1.7到3.3MeV/c2

下夸克质量是4.1到5.8MeV/c2

那么组成一个质子的三个夸克加在一起的质量最多只有(3.3+3.3+5.8)=12.4MeV/c2,只有质子质量的1.3%左右,那其它的质量哪里来的呢?答案就是来自于把三个夸克束缚在一起的强相互作用传播粒子——胶子所携带的能量。由于胶子的静止质量为0,也就是说质子里接近99%的质量是来自于能量转化的。

谢邀请。

为什么会产生引力,目前的理论没有详细解释。近代物理学(广义相对论)认为引力是由于时空弯曲而产生的。

我们知道,自然界中最普遍的作用是,引力、弱核力、强核力和电磁力,合称为4种基本相互作用力。引力是一种弱力,但它是迄今已知的支配天体运动的唯一的一种力。

爱因斯坦广义相对论告诉我们,时空本身在对物质的反应中会变得弯曲,引力则是时空弯曲形成的。物质的质量在四维时空中施加了影响,时空发生弯曲。这使得物质之间存在加速靠近的趋势。牛顿将其解释为万有引力,即重力场间的相互拉扯。

广义相对论的引力场方程描述了时空的弯曲与物质运动和分布之间的关系,任何物质将被所弯曲的时空所影响或束缚。直线在大质量物质的影响下会发生轻微弯曲,沿直线运动的任何东西,即便是一束光线,都会沿弯曲的轨迹移动。在爱因斯坦理论中,引力不再是一种基本作用力了,仅仅是时空结构发生弯曲的表现而已。

而导致时空弯曲的原因就是物质的质量。

通常所说的物质,是宇宙间一切物体的实物和场,比如空气、岩石、电磁场等等,它们客观存在并能够被观测。

从物理学角度看,所有的可见物质都是由原子组成的,而原子由相互作用的亚原子粒子组成,其中包括由质子和中子组成的原子核,以及许多电子组成的电子云。物质具有静止质量及体积。(像光子、玻色子、磁场等无质量粒子,在讨论引力时可不被视作物质)

物理学认为,时间与空间是运动着的物质的存在形式。物质还是一种空间的相互作用(如电磁力、引力等),大质量的物质引力场更为明显,小质量比如夸克粒子只在原子核层面才形成效应。

而能量则是物质的时空分布可能变化程度的度量,是做功的本领。能量的形式有多种,如机械能、化学能、热能、辐射能等。它们在一定条件下可以通过物理或化学方式相互转变。

爱因斯坦证明所有的物质都可以转变为能量,即质能方程E=mc^2。很小的质量可转变为很多的能量,例如正子和电子(都是物质)可以转换为非物质的光子。虽然过程中可以产生或湮灭物质,但物质质量及能量总和不会改变。

由爱因斯坦理论可知,引力与物质质量有关,产生引力是由质量引起的时空弯曲的表现。而由于能量既不可触摸,又无形不可观测,它们不具备引力场方程中导致空间弯曲的物质特性的因素,也就是说能量不会产生引力。时空弯曲已经被物理学和天文学界证实,比如星系团的引力透镜效应和LIGO组织发现的引力波现象等。

量子力学认为,引力是由构成两个质量物质的粒子之间的引力子交换导致的。所谓引力子,是爱因斯坦早年预言的传递引力的假想无质粒子,目前尚未证实是否真实存在。同时,量子力学与广义相对论(描述引力)的统一尚未解决;再说,也许与引力有关的猜测中的暗物质与暗能量也未得到证实。因此要想说清楚产生引力的真正机理还需时日。

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