兩個物體靠很近,根據萬有引力公式,引力會非常大嗎?爲什麼?

東方斯坦

答:這正是萬有引力的侷限性之一,需要用量子力學或者廣義相對論來解決!


萬有引力的深層原理,涉及到複雜的廣義相對論知識,這裡我們不用廣義相對論來解釋,我們來看量子力學的解釋。

萬有引力定律描述:可看成兩個質點的物體,質量分別是M和m,相對距離r,那麼它們之間的萬有引力大小為F=GMm/r^2。



該公式利用的前提是,兩個物體可以看成質點,對於不可看成質點的物體,該公式將不再適用;比如兩物體間的相對距離非常小時,利用該公式將得到發散的引力,這顯然是錯誤的。


我們從微觀來看,兩個物體相互接近時,距離並不會無限靠近,原因有兩點:

(1)不同原子的核外電子間,存在排斥力;

(2)不同原子的原子核間,存在排斥力;



電磁相互作用非常強,比萬有引力高39個數量級,加上量子力學的限制,使得兩個相互接近的原子,並不會無限靠近,所以萬有引力自然不會無限大。


我們可以用經典力學的模型,來簡單估計一下,氫原子的原子核,與核外電子間的萬有引力大小:

氫原子核質量M=1.67×10^(-27)kg;

核外電子質量m=19.31×10^(-31)kg;

氫原子半徑為r=0.53×10^(-10)m;

於是,兩者間的萬有引力F:

F=GMm/r^2≈4×10^(-47)N;

我們看到,雖然氫原子核與核外電子間的距離非常近,但是它們之間的萬有引力小到忽略不記,完全沒法和它們之間的電磁力相比。

所以正常情況下,萬有引力並不會出現發散的情況。


物質有很多原子組成,就算把這些大量的原子算上,正常情況下也不會把萬有引力疊加到無窮大。



除非特殊情況,比如中子星、夸克星和黑洞,它們內部已不再是普通物質,原子已經被“壓碎”,廣義相對論描述該類天體時,就會出現引力發散的情況。

而且,很有可能這正是當前理論的侷限性所在。



艾伯史密斯

引力是一種很弱很弱的力,就算我們把物體之間的距離縮得很小很小,它(跟其他的力相比)也沒法變得很大很大,而且,當距離真的縮小到一定程度時,還會出現量子力學效應,所以其實很小的距離是沒法實現的,這也是為什麼在微觀世界,我們幾乎總是可以忽略萬有引力。

在考慮類似的問題的時候,其實可以動筆做一個簡單的計算,考慮兩個電子不斷靠近,你可以根據庫侖力的公式和萬有引力定律計算一下這兩個電子之間的相互作用變化情況,只需要稍稍計算一下你就會發現,不管在怎樣的距離上,電磁相互作用都是遠比萬有引力更強得多得多的。事實上,可以計算得到,在四種相互作用中,引力是最弱的(下表引自維基百科):

對是兩個電子的情況,在萬有引力變得足夠強之前,電子之間的斥力就會使得兩個電子遠離了。而各種分子間的相互作用其本質也還是電磁相互作用,所以不管怎樣,只要粒子的質量是很小的,我們幾乎總可以忽略粒子之間的萬有引力。


傅渥成

萬有引力公式是:

F=GMm/R^2,你要知道常數G=6.75e-11,這個值是很小的,距離近又如何?負11次方可以抵消很多。

你不妨算一下兩個100kg的人,距離1m,相互之間的引力。忽略人體外形本身的影響,簡化為點。計算出來是引力才6.75e-7牛頓。

若距離1mm,萬有引力為6.75e-1牛頓,依舊非常小。(嚴格來說,此時距離太近,人體本身的尺寸遠遠大於距離,已經不能簡化為質量點了,需要求積分運算,實際算出來會比上述值小很多)

so,很多事情,不能想當然。自己稍微動動手,在Excel表格裡面編寫一個公式,立馬就能求出結果進行驗證。


simxpert

根據萬有引力公式,兩個物體相距無窮小的時候,引力就會無窮大,這顯然是不可能的。類似的還有庫侖力。這個無窮大還出現在了相對論中(忘了是啥了),總之無窮大是不可能的,這是理論上的缺陷,。為解決“無窮大”以及大一統的問題,提出了超弦理論。

有錯請指正。勿噴


寫雨1

萬有引力是一個物質,怎麼是兩個物質?兩個物質是作用力與反作用力,我物理學得不對嗎?還是有新的理論了?

萬有引力取決於物質的質量,作用力反作用力也取決於物質的質量。

運動光子質量很小,恆星萬有引力再大,對於高速小物質作用也不大。

相互作用力只取決於雙方的質量,地球發出光是光速,太陽發出的光也是光速,你說有區別嗎?


在路上61281823

引力是泛指兩個以上的非接觸質量物體在空間之中的相互作力,而引力常數G=6.75e-11實在太小。如M代表地球質量為5.976*10^13噸,m為100kg的人體,代入公式F=6.75e-11*5976*10^13*100kg

F約混淆為=981、2牛?…



分享到:


相關文章: