萬有引力的本質是什麼?

人窮就要多讀書呀


萬有引力的本質是質量對周邊時空的擾動,這種擾動是把周邊的時空進行彎曲。曲率與質量成正比,影響範圍與距離成反比。

也就是說,質量越大的物體,對自己周邊的時空造成的曲率越大,小質量物體經過大質量物體身邊時,就會受到這種曲率的影響,順著曲率的漩渦往下掉,最終掉到大質量物體的身上。

這種時空曲率從宏觀上表現出來的現象是引力,看起來是兩個物體相互吸引。但引力是這個世界已知存在的四種基本力裡面最弱的一種力,因此小質量物體的引力很小,甚至小到可以忽略不計。比如兩個人,或兩輛汽車,甚至兩座大山,你能感受到他們的引力嗎?

因此一般來說,只有在天體的運動中,引力才能夠成為考量的對象。

比如我們地球的引力主要表現為重力,就是物體由於地球的吸引力而受到的力,物體受到的力與質量成正比,我們就感到質量越大的物體越重。

在太空無重力狀態下,物體質量再大也沒有重量(失重狀態)。

根據天體質量的大小,可以計算出其重力加速度。速度是與引力抗衡的條件,適當的速度可以與引力相互抵消,叫環繞速度,就是不被大質量天體引力陷阱所陷落,但也逃不出引力的牽扯。在環繞速度下,小質量物體圍繞著大質量天體在軌道上旋轉,雙方會保持一種平衡狀態;超過逃逸速度,則可擺脫引力束縛飛向遠方。

地球的環繞速度為7.9千米/秒,逃逸速度為11.2千米/秒。

質量越大相對體積越小的物體,導致的時空曲率也就越大。太陽的質量雖大,但直徑有139.2萬千米,表面的逃逸速度為617.7千米/秒;白矮星雖然質量在太陽以下,但體積只有地球大小,逃逸速度需要5000千米/秒左右;中子星質量超過太陽,半徑卻只有10公里左右,逃逸速度最高達到150000千米/秒。

黑洞奇點無限小,視界裡面的逃逸速度超過光速。所以靠近黑洞的史瓦西邊界逃逸速度就要接近光速了,那裡的引力漩渦無可阻擋,以後大家若有機會前往黑洞附近可要當心!

這些質量很大體積卻很小的天體在自己周圍導致的時空曲率很大,就如漩渦很急陷阱很深很陡峭,靠近的物體就很難逃脫。

但這種時空擾動形成的引力現象與距離成反比,離開越遠消散的越快,呈指數級遞減。但就是到了天邊也還有,所以引力又是超長力,理論上無限遠。但一般出了天體的引力圈(希爾球半徑)就可以忽略不計了。

這個距離並不大,地球的希爾球半徑約150萬公里,也就是說地球對時空擾動導致的時空漩渦影響到150萬公里遠;太陽的希爾球半徑約1光年左右。

引力的希爾球半徑計算涉及到周邊天體,比較複雜,這裡就不多扯了,有興趣的可以看時空通訊過去發過的相關文章。

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時空通訊


牛頓認為引力是質量產生的,至於為什麼有質量的物質會產生引力,牛頓並不知道。後來,一個人站在了牛頓的肩膀上,他就是愛因斯坦。愛因斯坦認為引力的本質就是空間的幾何扭曲導致的,引力其實並不是一種力。



到了愛因斯坦這裡,引力似乎簡單明瞭的多了。當然了,既然相對論有對引力的描述,作為物理學兩大支柱的量子力學,當然也有對引力本質的描述。量子力學認為引力它是引力子交換導致的,不過可惜的是,科學家們並沒有發現引力子的任何蹤跡。



雖然科學界的各位前輩以及給出了引力的定義,但似乎距離我們認為的引力本質還有很多差距。為什麼質量會產生引力?為什麼時空彎曲了物體就有一個往“下”的力?為什麼找不到“引力子”?一些列的問題直指引力的本質。

如果引力真的是空間的幾何彎曲導致,那麼是否說明存在一個更高維度,因為只有高維度存在,空間才可以扭曲,才可以向“下”。物質有一個落向“下”的力,且這個力並不是大質量物體給的,而是空間凹陷的原因。所以,必然在高維空間中存在一個類似於“地面”的存在,可以對所有有質量物質產生一下“向下”的力。故而,質量越大就會導致空間被往“下”撕扯的越厲害,空間曲率就越大。這樣,高維空間的存在也解釋了引力子為什麼找不到,因為引力子是在高維空間存在,我們三維找不到。我想,或許這才是引力的本質吧。



當然了,想要知道這種想法對不對,只有我們真的進入高維空間了,才有資格一窺究竟。


科學探秘頻道


按照愛因斯坦廣義相對論的詮釋,引力的本質就是時空彎曲。在上世紀初期,愛因斯坦通過廣義相對論給出了引力的本質,並描述了時空,物質與運動之間的關係,這就是著名的愛因斯坦引力場方程:

簡單說,方程的左邊是時空彎曲情況,右邊是物質及其運動情況,用一句話總結:物質告訴時空如何彎曲,而時空告訴物質如何運動!

廣義相對論解釋了牛頓萬有引力的本質。雖然牛頓發現了萬有引力定律,但他不知道為什麼萬物之間會有引力,直到愛因斯坦的出現,他異於常人的思維讓廣義相對論呼之欲出,徹底打破了人們的傳統思維方式!

那麼既然引力的本質是時空彎曲,也是時空彎曲的表象,為何多數時候我們仍用到萬有引力定律而不是時空彎曲呢?為什麼不用時空彎曲徹底代替引力呢?

萬有引力可以看做時空彎曲的近似表達,而這個近似表達對於我們生活的世界來說已經足夠精確,同時萬有引力又非常簡單,更容易理解和操作,如今科學家發射火箭等用萬有引力定律已經足夠精確了!

但萬有引力並不能解釋所有天體之間的作用問題,比如說水星的近日點進動問題,萬有引力就解釋不了,而廣義相對論能完美的詮釋!

而如今廣義相對論已經被越來越多的科學家證實,很多種宇宙現象都完美地符合相對論的預測,而相對論也成為現代物理學的兩大基石之一,另一個就是量子力學!


宇宙探索



“萬有引力”是牛頓的概念,他認為引力是萬有的,也就是說任何物體都有引力,區別只是大小不同而已,並且引力小的物體會被引力大的物體所捕獲,可以說牛頓萬有引力出現到現在為止都是非常好用的理論,宇航員登月和衛星發射全靠它。

不過牛頓屬於知其然不知其所以然,他並不知道引力的產生機制,好在這一問題被數個世紀後的愛因斯坦廣義相對論“解決”了。



愛因斯坦在完成狹義相對論之後就一心想把引力也放進去,為此他經過數年的苦思冥想得到了“引力就是時空扭曲”的廣義相對論,並且解決了牛頓萬有引力所不能解決的近光速與強引力場下的運動問題。

在愛因斯坦看來所謂的引力不過是質量扭曲時空產生的幾何跌落,太陽就是憑著巨大的質量扭曲了太陽系的時空,才讓地球等天體不斷向著太陽跌落,不過由於太空中的地球公轉產生的離心力與太陽引力抵消,因此地球一直沒有跌落到太陽中。



細心的讀者肯定注意到了第二段最後的“解決”,之所以要加上引號是因為量子力學並不認同廣義相對論時空扭曲產生引力說法,事實上量子力學中一直假設了一種被稱為“引力子”的存在,量子力學認為引力子的交換才是引力產生的根本原因。

廣義相對論與量子力學的互相矛盾說明我們人類對引力的本質認識還存在著錯誤和偏差,這種錯誤和偏差只能寄希望於未來的物理學家們了。


宇宙探索未解之迷


引力的格格不入

上世紀,科學發現宇宙中存在著四種作用,分別是強力、弱力、電磁力和引力。這四大作用力有點類似於膠水,把物質粒子結合到了一起。強力和弱力確保了原子核的結構,電磁力是確保了原子結構的存在,而引力則是物質之間相互吸引的力。

而在這四大作用力當中,人類最早能夠系統的認知的是引力。不過,引力也是最讓科學家們頭疼的一個力。這是因為上世紀50~70年代,科學家在狹義相對論和量子力學的基礎上,基於對麥克斯韋方程的認識,建立起了一套粒子物理學標準模型。

這套模型把四大作用力中的電磁力和弱力統一了起來,也就是溫伯格等人的電弱理論,同時強力也被納入到了這個體系當中,但偏偏引力一直無法納入到這個體系。科學家也試圖將其強行納入到這個體系當中,結果理論和實際相去甚遠,因此,並沒有被廣泛接受。

關於引力的認知,目前主流的理論是牛頓力學和廣義相對論。而關於引力本質的詮釋則是廣義相對論。今天,我們就來聊一聊:引力的本質

萬有引力

其實早在牛頓之前,人們就發現了萬物都會往地面上落的現象。為此,古希臘的哲學家亞里士多德就提出了一套邏輯自洽的理論,但是這只是在哲學層面上的一些探討,並沒有非常嚴格的推導。後來,到了牛頓的時代,牛頓解決了這個問題,他發現萬物往地上落和地球繞著太陽轉其實是一回事,這是因為物質之間都有彼此吸引的力。

於是,基於這個發現,牛頓推導出了著名的萬有引力定律。這個理論和當時的觀測現象擬合的很好,幾乎沒有什麼誤差,甚至有學者直接利用這個理論,依靠筆和紙預測了海王星的存在,然後天文學家一觀測預言的位置,果然有一顆行星在那裡。

但是,如果你要問牛頓,引力的本質是什麼?他其實是不太能夠說服你的。

牛頓認為引力是一種超距力,說白了就是瞬間傳遞的一種作用。我來舉個例子幫你理解一下,如果太陽突然消失,那地球就會立馬沿著軌道的切線方向飛出去。

但為什麼是超距力,牛頓也是回答不上來的。

萬有引力的本質

雖然牛頓不能給我們一個很好的解決方案,不過,後來物理學界出現了一位堪比牛頓的大神,也就是愛因斯坦,在1905年,他基於光速不變原理和相對性原理提出了狹義相對論。

10年後,也就是1915,他又提出了廣義相對論。無論是狹義相對論還是廣義相對論,本質上就是在研究運動物體對於時空的變化,前者是在平直的時空當中,或者說是在慣性參考系(沒有變速運動的情況下);而後者則是在彎曲的時空當中,或者說是在費慣性參考系(有變速運動的情況下)。

而愛因斯坦通過等效原理,就把廣義相對論和引力聯繫了起來。他發現,引力的本質其實就是時空的彎曲

地球可以繞著太陽運動,說白了就是太陽的質量使得周圍的時空彎曲了,地球只是沿著彎曲的“面”,也就做測地線在運動。

這聽起來很抽象,畢竟時空使我們看不到的。那我們如何知道愛因斯坦說的對不對呢?

實際上可以利用觀測來解決這個問題。

萬有引力定律 vs 廣義相對論

當時,愛因斯坦剛提出廣義相對論時,其實能看得懂的人就不多,更不要說能夠論證這個理論對不對的人了。愛因斯坦就一直在極力主張通過觀測來判定自己的理論是不是對的。他曾經資助過一個天文學家來求證,結果這個天文學家因為一戰的原因,被當做間諜給關了起來。後來,英國的天文學家愛丁頓就親率團隊進行求證。

這可以說是一場萬有引力定律和廣義相對論直接面對面的角鬥,是科學家之間的戰爭,比拼的是誰的理論和現實更吻合。結果愛丁頓在這次日全食觀測中,觀測到光線偏折的角度更接近於廣義相對論,從而宣告了愛因斯坦的勝利,從此愛因斯坦一舉成名,成為了理論物理學史上可以和牛頓並立的科學家。

而廣義相對論後來也經歷了多次觀測的求證,最終成為了主流的科學理論,並且廣義相對論的預言的引力波和黑洞也被科學家觀測到了。

所以,如今對於引力的本質的解釋就是廣義相對論的詮釋,也就是時空的彎曲


薛定諤的科學


答案:以目前人類認知來看,萬有引力的本質是時空扭曲,時空就是時間和三維空間。

萬有引力定律的發現

牛頓利用自己的微積分思想和總結了開普勒三定律後,發現了萬有引力定律。1687年,在他出版的《自然哲學的數學原理》一書中描述了這個現象,牛頓認為萬有引力定律具有普適性,適用於所有物體,並且引力大小隻與物體的質量和距離有關,這就是我們在物理課本上學過的萬有引力公式。

萬有引力公式

雖然牛頓當時發現了這個定律,但卻不知道萬有引力常量G的大小,直到1789年卡文迪許通過扭秤實驗測出G的數值,公式才得以完善,科學家利用這個公式還發現了海王星和哈雷彗星。

萬有引力在大質量天體間比較明顯,人與人之間雖然也有,但小到可以忽略。

卡文迪許扭秤實驗

愛因斯坦解釋引力

萬有引力的正確性早已在天體中證實,但它是如何產生的?為什麼會相互吸引?

牛頓的解釋是:萬有引力是物體固有的屬性,有重量的物體都會存在,並且當時認為萬有引力是超距的,可以在瞬間傳遞到無限遠的地方,不需要作用時間。

這個觀點和愛因斯坦在1905年提出的狹義相對論有所矛盾,愛因斯坦認為“真空中的光速是信息傳遞的極限速度”。為了解決矛盾點,1915年,愛因斯坦在他的廣義相對論中對萬有引力本質做出瞭解釋,認為萬有引力並不真實存在,引力只是一種假象,它的本質是質量會對周圍時空造成扭曲。

例如,將鉛球放在彈床中間,再沿彈床邊扔一個玻璃球,由於鉛球的重量導致彈床凹陷,所以玻璃球會繞著鉛球轉幾圈後下落;這個現象本質上和行星繞恆星運動是一樣的,只不過彈床存在摩擦力,而天體運動的真空環境中幾乎沒有摩擦力。

彈床所表現的僅僅是面上的空間扭曲,實際情況是下面這張動圖。

為了驗證愛因斯坦的猜想,1919年5月底,科學家利用日全食進行了著名的星光偏轉實驗。

通常情況下,太陽背後的恆星發出的亮光會被太陽遮擋,只有發生日全食時,昏暗的條件下,太陽背後恆星發出的光線,通過太陽引力偏折後能傳遞到地球上,人類才可能直接觀察到太陽背後的恆星。如上圖,實線是光線傳播軌跡,虛線是地球上人類觀察到恆星位置的虛像。

利用愛因斯坦的引力場公式,計算出的數據和實際觀測到的結果完全一致,而利用牛頓萬有引力定律計算出的偏折角和位置,與實際數據相差一半以上,誤差較大。所以科學家認為愛因斯坦對引力本質的解釋更科學。

但這並不代表牛頓的萬有引力定律是錯的,它有一定的適用範圍,只能適用於弱引力場,在強引力場中會失效。例如,太陽對水星的引力最強,利用萬有引力定律計算水星近日點進動問題會出現一定偏差。

此後,從日全食中得到更多星光偏移的數據,表明了愛因斯坦理論的正確性,時空扭曲才是引力的本質。

質量越大的物體對時空扭曲作用越明顯,空間的扭曲使光線改變原有運行軌跡,時間的扭曲則會讓時間真正變慢。例如,地球的地核位於引力中心位置,地核所經歷的時間會比地殼更慢,在地球46億年的歷程中,地核比地殼年輕2.5年。


卓聚樂學


愛因斯坦在廣義相對論當中明確地提出了,萬有引力的本質是時空的幾何。一種作用力是一種幾何,這種宣稱完全顛覆了我們對“力”的認知方式。這也使得看待其他基本力的本質有了新的可能——或許所有力的本質都是某種能量造成的幾何結構。


如何來理解萬有引力是時空的幾何?

先用平面來比喻我們的宇宙,那麼時空的幾何就可以簡單比喻為紙面上的褶皺,扭曲。但經常科普作品當中的那種用凹陷平面來演示引力扭曲時空的圖示容易造成誤解,讓我們誤以為實際宇宙中的引力也是這樣的凹陷。例如下面這個:

上圖:我們在科普作品上經常見到的說明物質形成時空扭曲的示意圖,常常引起誤解。


實際上,真實的宇宙中的引力應該理解為一種時空的密度,應該類似下面的這種三維的示意——質量導致時空的密度增大,時空的網格被扭曲,向內變得密實,因此才有了大質量物體附近的時間流逝相對緩慢的結論——這個是被實驗證實的,例如GPS定位衛星網格中不同的衛星上的原子鐘的時間會發生偏差,因此GPS衛星的原子鐘必須定期校時;此外,科學家曾經計算過地球的地核因為處於引力中心,實際上比地殼要年輕5歲。


上圖:實際上的時空扭曲應該以這樣的方式來展現,時空在質量周圍是變得更密實了。


質量與引力的關係

一切有質量物體周圍都有引力,這個事實似乎也透露了質量的某種本質。既然質量與引力的關係如此密切,或許質量本身也是時空的某種幾何。個人認為,質量可能就是蜷縮的高密度時空,是時空因能量的作用在小體積內以特定方式蜷縮形成相對穩定狀態的一種形式(比如打了一個結)。所有有質量的物體,包括微觀粒子,最終都會衰變為沒有質量的純能量形式,這是大量實驗所反覆發現的客觀情況,雖然目前尚未有觀察到質子自然衰變的情況,但科學家認為質子必然也會衰變(平均壽命> 2.1×10^29 年)。在這種意義上講,引力可能只是質量本質的外溢表現,它與質量可能就是同一種東西!

而質量又與希格斯玻色子關係密切,那麼我們似乎可以繼續推測,希格斯玻色子與引力子的關係。但希格斯玻色子不是度規玻色子,因此不是傳遞引力的粒子,而只是原位產生質量的標量粒子。目前科學界仍然沒有辦法對引力子的特徵進行確定,如果能夠將確認引力子的存在,那麼對於質量和引力的本質或許會有更清楚的認識。


小宇堂


萬有引力定律的另類解讀:(與時俱進的放飛一下思想吧)

萬物的存在是由“陽性的世界”和“陰性的智慧”共同構成的!這就是最新由量子力學所引發出來的“人物分合論”,即:

“陽性的世界”組成了“物體鏈”,即“人類、自然、社會、網絡和宇宙”,這個“物體鏈”用M來代替;

“陰性的智慧”組成了“人體鏈”,即“基因、遺傳、意識、靈魂和興趣”,這個“人體鏈”用m來代替!



萬物之間最主要的變化就是“物體鏈”(M)與“人體鏈”(m)之間的融合與碰撞,繼而衍生出一種能量或力(F)。

所以,牛頓萬有引力定律還有另外一層意思,即在宏觀與微觀存在的空間裡,還有另外一種存在,它的表現形式仍可用:

F=G^Mm/r^2來表達,但其中的係數和距離另有描述!

可見,萬有引力定律的本質是人與物之間的關係!也就是說,只有人體與物體之間的關係,才算得上是“主關係”,或者是“強關係”,而物體與物體之間的關係,只能是“次關係”,或者是“弱關係”……

(未完待續,更多的交流,可關注“定慧堂”及《智慧科學的虛學原理》-主編 胡寶鋼)


定慧堂


關於.引力的本質、計算公式和引力邊界論述

1、共核自轉原理:

共核自轉原理:自轉體核心外存在自轉速差而產生自轉動能差,它等於核心自轉動能與核外點的自轉動能之差,也等於核外物體質量、重力加速度和球心距離的積的引力勢能。

任何一個自轉星體,核心外各處與核心點的距離是不相等的,距離核心較遠和較近的點,自轉線速度是不同的,這就存在自轉速差,而存在自轉速差就存在自轉動能差。

這個自轉動能差在數值上與核外引力勢能是相等的,由引力勢能與自轉動能差相等,可以得到一個能量平衡方程。

為了更好說明,以地球為例說明:

如果把地球看成是一個質點,沒有半徑的質點地球自轉,此時的自轉速度稱核心自轉速度,設為V0。

而在實際地球上,若設地球球心外任一點A,有質量為m的物體,與球心的距離為d,該點的自轉線速度為V1,重力加速度為g,則根據上面分析,有能量平衡方程:(如圖)

E=1/2m( V0^2- V1^2)=mgd (1.1)

這裡,E=1/2m( V0^2- V1^2)(1.2)和 E=mgd(1.3),就是引力勢能的兩種數學表達式。

其物理意義是:具有自轉慣性的星體,其任意點上的物體所受到的引力勢能等於核心和核心外的動能差,或者等於該點的重力加速度g、物體質量m和核心距離d的積。



2、引力勢能與重力勢能的區別

在E=1/2m( V0^2- V1^2)(1.2)和 E=mgd(1.3)中,表述為引力勢能,那麼,引力勢能的解說如下:

1、引力勢能是粒子或星體自轉產生的,自轉體核心內外存在自轉速差,因而產生自轉動能差,這是引力勢能的本質,也是引力的起源。

2、由E=1/2m( V0^2- V1^2)=mgd (1.1)可得:

E0=1/2mV0^2=1/2mV1^2+mgd (2.1)

在(2.1)中,把E0叫做自轉慣性動能,那麼,自旋粒子或星體上,任意質量為m的物體,都具有E0的慣性自轉動能,其大小是由自轉體的核心自轉速度V0決定的。

自轉慣性動能與引力勢能的區別是:

自轉體上的物體並不是在核心自轉,而是在核外自轉,核外自轉速度與核心自轉速度存在速度差,因此,核外物體的自轉慣性動能被分解成物體所在點的自轉線速動能和引力勢能,即:

E=1/2m V1^2(1.2)和引力勢能E=mgd(1.3)兩部分。

它們之和與自轉慣性動能剛好相等。

3、引力勢能與牛頓意義的重力勢能的區別是:

牛頓意義的重力勢能是引力作用下產生的,引力是地球對物體的超距作用,重力勢能是物體質量m,離地高度h和重力加速度g的積,即:G=mgh (2..2)




3、引力的本質

牛頓理論對引力的解釋是物體與物體的超距作用力,而其本質和起源從來就沒有詮釋,而愛因斯坦則解說引力是時空彎曲。

牛頓的引力理論是先有引力作用,然後才有引力現象的重力勢能。

而在這裡將指出,引力的起源於星體和粒子自轉,是自轉動能差而產生的引力勢能,引力勢能產生了趨向自轉中心的引力作用和引力現象。

因此,引力的本質是星體和粒子自轉的結果,自轉不停止,引力勢能就會存在,這樣,引力作用和傳輸是不需要時間的,因為星體上的一切物體都隨星體在同時自轉。

假如星體停止自轉,引力也會立即消失,同樣,任何旋轉的物體、星體和粒子都將產生引力勢能。

一隻盛水的碗旋轉,水不會溢出來,就是水有趨向旋轉中心的引力勢能,你千萬不要用向心力來解釋,因為慣性圓周論是指圓周運動是慣性和屬性,不存在也不需要向心力,只有直線慣性的牛頓理論才認為圓周運動會需要和產生向心力。

一個在太空中的物體或衛星,是可以不需要任何能量施加,就可以永恆自轉,並能產生引力勢能,發射一顆自轉的太空飛船,就可以實現太空不失重。

牛頓意義上的引力作用和這裡的引力勢能是部分等效的,但產生的機制和物理意義則完全不同,這也決定了牛頓引力定律不是普適物理原理,也決定了它的適用範圍,特別是不適用量子物理就是必然,無法統一牛頓意義的引力也是必然。

因此,引力的本質是因為自轉體自轉而產生了引力勢能,具有指向自轉核心的引力效應。




4、重力加速度和共核自轉常數

把E=1/2m( V0^2- V1^2)=mgd (1.1)稍變形,

可得到重力加速度g的數學式:(如圖)

g =(V0^2-V1^2)/2d (4.1)

(4.1)式表示:自轉體上核外任意點的重力加速度:等於核心自轉速度與該點線速度的平方差與核心距離兩倍的比值。

仍以地球為例來說明:取地球上任一點的自轉線速度是V1=465m/s,該點的重力加速度是g=9.8N/s^2,距離地心的距離d=640 0000m,代入(4.1),則可以得到:

V0=√(2gd +V1^2)≈11.179km/s (4.2)

這樣,地球的核心自轉速度V0≈11.179km/s,又叫地球的共核自轉常數,任何自轉星體或粒子都有一個確定不變的共核自轉常數。

g =(V0^2-V1^2)/2d (3.4.1)中,V0是常數,所以,重力加速度的大小,取決於自轉體核心外物體與地心的距離、及該點的自轉線速度。

很顯然,重力加速度是一個變量,這就很容易解釋地球上重力加速度為什麼與緯度和海拔有關?因為自轉速度越快的地方,重力加速度就越小,同樣,距離地心越遠,重力加速度也越小。

而重力加速度決定了引力大小,顯然,引力的大小決定於自轉體的自轉速度和自轉核心的距離,再次證明了引力本質是自轉產生的結果。



5、引力邊界

在g =(V0^2-V1^2)/2d (3.4.1)中:

以地球為例,V0≈11.179km/s是常數,d越大,V1也越大,g值則變小,當V0=VI 時,g值為0,即引力勢能消失,這時d值就是引力邊界。

我們可以試著求出地球的引力邊界:

設地球任意兩點的自轉線速度是V1和V2,地心距離是d1和d2,因為任意點的自轉週期T是相等的,所以有:

2πd1/V1=2πd2/V2 即有:

V1/ V2 = d1/ d2(5.1)

若地球上一點線速度是V1=0.465km/s, 地心距離是d1=R地=6400km,而當V2=11.179km/s時,代入(1.9)得:

d2≈154150km(3.5.2),這就是地球的引力邊界值。

這就是說,假如地球的半徑包括大氣層,達到154150km時,地球邊界的自轉線速度將達到11.2km/s,此時g值為零,即地球自轉引力勢能消失,處於完全失重狀態,或者說地球對於這一距離範圍外的物體不再具有引力作用,這就是地球引力邊界。

顯然,地球大氣層是處於引力邊界內的,要受到引力束縛,而月球則處於地球引力邊界外,月球是不受地球自轉引力作用的。

但並不是說月球與地球沒有關係了,月球與地球是共核公轉的地月系,要遵守共核公轉原理,要被地月系的共核公轉常數束縛,地月系的共核公轉常數等於:

RV^2= 407982m/s^2(5.3)

這就涉及共核公轉原理。



6、共核公轉原理

共核公轉原理:在不受其它體系干擾的前提下,繞同一核心公轉的多個星體,其軌道半徑與公轉速度平方的積等於共核公轉常數q。即

R1v1^2=R2v2^2=R3v3^2=…q(6.1)(如圖)

其軌道半徑與公轉速度平方的積始終等於共核公轉常數q。


所以,無論是地月系的月球和人造衛星、還是太陽系的行星、土衛系或木衛系等,只要是繞同一個核心點公轉的天體系均成立,每一個共核系都有自己獨立不同的共核公轉常數q=RV^2。

在太陽系裡,所有行星都是繞太陽核心公轉的共核系,因此,所有行星的公轉軌道半徑與公轉速度平方的乘積是相等的,都等於太陽系的共核公轉常數。即:

R1:R2:R3=v1^2:v2^2:v3^2=…q(6.2)

這可以參看下圖表驗證。

同時,我們知道,太陽系的行星公轉軌道是橢圓,因此,每個行星的公轉速度是變速的,但是:

所有行星在橢圓軌道上任意點的速度平方與太陽核心距離的積,都是等於太陽系的共核常數。

而關於共核公轉原理,可以用開普勒定律證明:(如圖)


假如人造地球衛星變更軌道,無論是遠離地球還是靠近地球,其軌道半徑與速度平方的積一定要等於地月系的共核公轉常數,人造地球衛星的自由軌道一定符合地月系的公轉常數。

在天體運動中,把共核公轉的星體的軌道半徑與速度平方的乘積,即:RV^2=q,叫著共核公轉引力常數,

地月系和所有人造地球衛星都繞地球中心公轉,就是共核公轉的地月系,其共核公轉引力常數很容易算得:q=RV^2= 407982m/s^2(5.3).

這樣,已知任何人造地球衛星與地心的距離,就可計算出該衛星的軌道速度。

例如貼地衛星:取地心距離是d=R地=6400km,很快就可算出貼的衛星的速度是V=7.9km/s.

V=7.9km/s.被稱第一宇宙速度或第一逃逸速度,其實是地球衛星的最大公轉速度,它與衛星質量無關,即使月球落到這裡,也會以V=7.9km/s.繞地公轉,如果沒有大氣摩擦,都會永遠運動下去。

這就是共核公轉引力常數的作用。

月球雖然處於地球引力邊界外,沒有受到地球自轉引力作用,但受到共核公轉引力常數束縛。所以月球有確定的公轉軌道繞地公轉。




7、逃逸速度

1、共核自轉體逃逸速度

在E=1/2m( V0^2- V1^2)=mgd (1.1)中表明:

一個處於自轉體上的物體,始終受到E=1/2m( V0^2- V1^2)或E=mgd的引力勢能束縛作用,即引力作用,要實現逃逸該自轉體,必須獲取能量克服引力勢能,實現能量平衡,同樣以地球為例:

設逃逸速度為V逃,則有能量平衡方程:

1/2m V逃^2=1/2m( V0^2- V1^2)=mgd(7.1)

解得: V逃=√(V0^2- V1^2)=√2gd(7.2)(V0=11.179km/s)

(7.2)就是自轉體的逃逸速度公式。

這裡,在V逃=√(V0^2- V1^2)=√2gd (7.2)中,逃逸速度是一個變量,而牛頓引力定律推導式V逃=√2gR是常數,只有當 d=R時,兩者才等同,顯然,(7.2)式適用更為準確和廣泛。

由於V0是地球的共核自轉常數,因此,逃逸速度只與逃逸點的自轉線速度有關,或者與逃逸點的重力加速度和核心距離有關。

任何一個人造地球衛星發射,必須獲取能量,達到逃逸速度,才能克服引力進入相應軌道繞地公轉,任何衛星在符合地月系常數的軌道上繞地公轉,就叫自由軌道,自由軌道不需要消耗能量。而任何衛星改變軌道,也必須獲取能量,克服該點處的引力勢能,才能進入另一個自由軌道。


華龍新觀點


我個認為,萬有引力的本質是大氣壓強,與地球質量相互,協同作用的結果。

它好像又是一種質量的活性。在宇宙中,有空隙的地方,也同樣存在。這種質量的物質特徵,相互作用的拉力場,或運動的時光。


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