库伦定律和万有引力定律有联系吗,为何那么相似?

bdqnwqk5个月前问题15

  这两个定律之间的相似性的最直接原因在于,库仑做了一个大胆而并不那么艰难的猜想:借鉴牛顿的万有引力定律和卡文迪许扭秤实验,提出了库仑定律。这就是为什么这两个定律相似的根本原因,实际上还有别的公式也与这两个公式相似,它们都满足所谓的平方反比关系,即物理量的大小与距离的平方呈现反比关系。

   后来,人们发现库仑定律必须满足平方反比关系,否则我们已知的整个电磁学都会发生重大变动,因为我们将发现静止光子的质量不等于0,如果它不等于0,那这世界就出大事了。

  所以,后来的人们设计了许多更精密的实验来测试这个参数真的是2吗?1971年,美国Wesleyan大学将平方反比定律的中的指数偏差又延伸了好几个数量级,达到惊人的。

   但是,现在必须说但是了,万有引力定律并不真的满足平方反比关系!1859年,法国天文学家勒威耶发现水星近日点进动的观测值比根据牛顿定律算得的理论值每百年快38角秒,注意所有行星的轨道都会发生进动——即在其他行星的引力拖曳下,星体每绕太阳公转一周,其椭圆轨道的长轴也会略有转动。事实上,此前的天文学家据此预测出了海王星和冥王星的轨道。所以,勒威耶最初也这么想,存在一个未知的行星,在水星与太阳之间。但这一未知的行星无论如何都找不到,这时候勒威耶做了一个真正大胆而艰难的猜测:万有引力定律并不真的满足平方反比关系,其准确参数应该是一个比2稍微大一点的数!所以,库仑实际上借鉴了一个有缺陷的公式但却得到了在电磁学上应该是正确的公式,这算科学史上的一个很有趣的梗。

  水星的进动问题,直到爱因斯坦发展出广义相对论才得到解决,根据爱因斯坦的广义相对论公式计算出来的水星轨道,就完美无缺了。因此现在通常都把牛顿的万有引力定律视为广义相对论的一个近似定律,很好用,在大多数情况下够用了,但它不够基础和正确。

  对于为何引力不满足平方反比定律,最新的猜想是:也许是因为引力能穿越其它维度!这就算意外之喜了,因为是否存在其它的维度一直在争议之中,而古老的引力定律,能给人这种启发,牛顿也可以瞑目了。

为什么牛顿引力属于超距作用,而库仑力却是电荷之间通过电场以有限速度来传递的?

当然有人注意了这个问题,也恰恰指出了牛顿超距作用的悖谬之处。

有一个例子,如果太阳突然消失,失去引力的束缚,地球是否会像一列火车,朝太阳系边缘飞驰?牛顿认为,在太阳消失的瞬间地球就会飞走。而爱因斯坦认为,8分钟以后会飞走。

这就有一个区别,牛顿认为引力是超距作用的。而爱因斯坦认为引力是通过引力波传递的,引力波的速度是有限的,近似光速。

前段时间引力波的证实和发现,证明爱因斯坦是对的,这与电场中的库仑力传递并不违背。

库仑力究竟是什么力,如果没有这种力,宇宙会变成什么样子?

库仑力是一种静电场力。如果没有库仑定律,就不会有电场中散度高斯定律。麦克斯韦方程组也不会完美。库仑力消失会发生超新星爆炸。

库仑力就是两个电荷之间的作用力。这个作用力十分的奇妙,同性电荷的作用力是吸引力,异性电荷的作用力是排斥力。异性相吸是我们这个宇宙一个普遍规律,正负电荷的作用是如此,引申到雌雄花卉,雌雄动物,以致于男女情人都会有这种反应。甚至会影响到我们的思想,看到美女就高兴,看到情敌就愤怒。这种阴阳结合现象的根本原因是不是来自库仑力就不得而知了。

另外库仑力的公式和万有引力的公式很像,力的大小都与距离的平方成反比。我们的科学发现,原子就是由带正电荷的原子核和带负电荷的电子构成,它们之间的作用力主要就是库仑力。科学家看到库仑力公式和引力公式十分相像,受引力起主要作用的行星、恒星系统的结构启发,建立的原子的模型就和行星系统的结构十分相像。都是中间一个大的核心,周围有小的物质环绕旋转。当然根据量子力学理论,推演出来的原子模型并不像行星系统那么简单,原子中的电子轨道也不像行星轨道那么清晰。但总的结构还是十分想象的。