引力在极端情况下会变成强相互作用力吗?

bdqnwqk4个月前问题10

谢邀。

不会的,引力和强相互作用力都是目前已知的四大基本自然力之一,它们在本质上是不一样的,无论作用距离如何缩短,都无法改变它们的性质。如果引力和强相互作用力是一个东西,那它们各自就不会成为基本力。

引力被认为是最弱的基本力,强相互作用力被认为是最强的基本力,这是有前提条件的,那就是在飞米尺度下,即10^-15米,强相互作用力的强度是引力的10^39倍。引力在亚原子粒子尺度下当然也是存在的,因为根据广义相对论,任何微小的物质或者任何形式的能量都存在能动张量,这就会导致时空结构发生变化,从而产生引力作用。此外,在量子引力理论看来,引力子的交换产生了引力作用,但目前为止还未曾找到引力子。

另一方面,强相互作用力的产生机制与引力则完全不相同。根据量子色动力学,夸克之间通过互相交换胶子产生了强相互作用力,它们就会结合成诸如质子和中子这样的强子。同时由于夸克的色禁闭,强相互作用力会有所残留,这样强子之间就能克服电磁力作用而束缚在一起形成原子核。

引力在本质上与强相互作用力是完全不同的,即便从量子理论角度来看,如果引力子真的存在,引力子和胶子也是完全不一样的。虽然它们都是静质量为零的玻色子,但引力子的自旋为2,并且只有一种;而胶子的自旋为1,并且由于色荷不同,胶子总共有八种。

前面已经说过了,物质和能量都有不为零的能动张量,物质和能量密度越高,能动张量就越大,时空曲率越高,引力就越强,但这与强相互作用力并无关系。

不会,它们在本质上是不一样的,距离如何缩短都不会改变它们的性质。

地球的引力范围有多大?

地球周围的引力带有多宽?

这个问题有些不太好回答,天体的引力其实需要有两个或以上的质心表示的,如果一个质量为0的天体(当然这样的天体应该不存在)即使在黑洞附近它也不会受到引力的束缚,为何?我们可以如下公式可以简单推导一下:

万有引力等于引力常量乘以两物体质量的乘积除以它们距离的平方。其中G代表引力常量,其值约为 6.67×10ˆ-11 单位 N·m²kg²;如果其中一个质量为0的话,无论另一个质量如何巨大,最终结果仍然是0。如果将宇宙中所有天体都不存在,只剩下地球和另一个天体,那么其运动性质将决定它是否脱离这个体系,因为无论距离有多远,您依然可以计算出这个值,但天体运动的离心力将与之对抗,因此在这个体系里,天体的质量与速度将是决定性的因素。

其实可以从另一个非常简单的角度来理解这个区域,上图是一个地月系的拉格朗日点分布,我们取L1作为地月系引力平衡点,即过了这个位置,即使相对于地月间静止的物体也会往月球方向移动,因为过了这个平衡点,就是月球引力的天下了。是不是可以这样说,地月系中地球的引力带到L1点为止,这个点在哪里呢?地球与月球连线距离月球6.5万千米的地方。

还有地日系的L1点,距离地球150万千米的地方

这样理解,您觉得有问题吗?欢迎留言讨论

这个直接用实验公式F=Gmm'/R²来回答。式中,m是地球质量,m'是试验物系的质量,R是地球的引力作用半径,即本题的引力范围。

若m'很小,例如地球辐射带上界如50000km处1个电子,F=6.67×10^-11×6×10^24×9.1×10^-31/(5×10^7)²≈1.5×10^-30N。相比电子与质子的库伦引力,其引力微乎其微,可认为对于微观粒子而言,地球引力范围到地球大气层上界(>1000km)。

若m'很大,例如月球m'=7.35×10^21kg,R=38万km, F=6.67×10^-11×6×10^24×7.35×10^21/(3.8×10^8)≈2×10^19N,这是巨大天文数字。由此可见,地球对大质量天体的引力范围,主要看引力半径。

比邻星离太阳4.22光年相当于399233亿公里=4×10^16m,按太阳m'=2×10^30kg估算:F=6.67×10^-11×6×10^24×2×10^30/(4×10^16)²≈5×10^10N,似乎不能忽略。

如果再远10000倍,R=4×10^20m,F=50N,可以忽略了。由此做个基本估计:对于大质量天体而言,地球引力范围在10万光年。