万有引力和物质密度有关吗?
这个问题是值得讨论的。我发现头条科学圈的有些物理参与者,不善依据物理解析式“解析”物理问题,以致东拉西扯不得要领。显然,解析式是解决科学问题的关键!
▲万有引力是大自然的杰作,天意不可违。
下面我就本题给出两个解析式现身说法,希望能给有志趣的大中学生乃至物理研究生有点帮助。本文分三大部分。
一,依据“引力实验公式”分析本题。
引力公式的各参量的物理内涵,未必众所周知。我们知道F=Gmm'/R²是一个实验公式,该公式可等效改写成:F=G(m/R)(m'/R)。
引力常数G涉及五要素:①真空涟漪子或虚粒子(virtual particle)、②质点空间的环境温度、③质量分布均匀度、④没有外加的强力、⑤没有外加的电磁力。
在常规的地球环境下,一般认为引力常数G≈6.67e-11。至于G的要素分析解析式,我不在此展开讨论。
公式中R,表征质点的引力场径向尺度,可以从质点的内空间延伸到质点的外空间。m/R与m'/R,分别是两个质点的线密度。当然你也可以改成体密度,相应调整引力常数即可。
引力定律F=G(m/R)(m'/R)物理意义也可表述为:两个质点之间的引力,与各自的线密度成正比。显然,若G条件一定,万有引力的大小只与物体的质量密度有关。换句话说,万有引力的根源是物质空间的质密分布效应。
▲反重力飞碟是人类最伟大的梦想之一。
二,依据“引力机制公式”分析本题。
从实验公式F=G(m/R)(m'/R)可见,质量是万有引力的要素,那么质量涉及哪些因素呢?
从波尔氢原子模型看,核外电子的质量微乎其微,氢原子质量取决于质子质量。就一个原子、分子、天体而言,质量(M)取决于物系所含核子(m'=1.66e-27kg)的个数n与真空涟漪子简称“涟子”(m0=1.26e-39kg)。归根结底是核子内秉的自旋机制,与核子的自旋势能(Ep=m'c²)、自旋角动量、电偶极子、转动惯量相对应。这涉及“色空亦空”物理哲学,在此不再展开。以下给出万有引力机制解析式:
F=nαβ³hc/2πR²。式中:核子数n=M/m';核外电子分布的精密结构系数α≈1/137;涟核比β=(m0/m');单核强力F'=hc/2πR²。
令引力常数(或宇宙常数)Λ=αβ³hc/2π,给出牛顿学派的引力场方程:F=Λn/R²,引力场势能:Ep=Λn/R。
这个公式揭示了万有引力的发生机制:核子自旋势能Ep=m'c²,核子的光速自旋,我判断是来自真空涟漪以光速做无序波动,摩擦而啮合核子做光速旋转。电子(m'')的万有引力也是来自电子光速自旋势能Ep=m''c²。
三,关于本题提及的人造重力问题。
▲这么简单么?理想很丰满,现实太骨感!
根据引力常数Λ=αβ³hc/2π、引力场方程F=Λn/R²或Ep=Λn/R。要想实现人造重力,这里主要考虑“减重”动机。有两大途径:改变引力常数Λ与改变核子数n。
可能性分析:就引力常数Λ=αβ³hc/2π因素,①精密结构系数α,与电子能级轨道速度正相关,由于电子行为对影响重力的贡献占比极小,估计意义不大。
②减少涟核比β值,取决于涟子质量m0与核子质量m',减轻涟子不可能,因为涟子是最小量子。那么,增大核子质量可能么?这恐怕是问题的突破点,还是留给物理大家们头脑风暴吧!
③再看引力场方程F=Λn/R²:核子数n可减少么?换句话说,可以粉碎中子与质子么?即归根结底,可以粉碎质子么?
要知道质子是宇宙中最稳定的基本粒子,除非在超低温(≈3K)超真空环境下,它会自然降维耗散成光子直至真空涟漪。要制造这样的环境,按我们人类现有的物质技术装备能力能做到么?即便做得到,你的设备自重该有多大呢?有可行性么?
引力其实只是一种势能,是因为物质扭曲时空而产生的,我们所接触的任何物体都会产生引力,只不过太小可以忽略不计罢了。就像地球围绕太阳转,太阳围绕银河系中心的黑洞转,都是因为这些大质量天体扭曲了时空,所以地球本来是走直线的,但因为速度不够,只能在太阳扭曲的类似漏斗的空间里运行。当然引力和密度肯定有密不可分的关系,同样质量的物质,密度不同,产生的引力也会不同,密度大的黑洞、中子星都会产生极致的引力场,而和中子星同样质量的星际尘埃,密度很小,所产生的引力也就很小了!