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引力的本质

(2013-02-18 16:07:08)

引力的本质

 

作者: 李云峰

 

摘要:宇宙是由物质构成的,宇宙中充满了宏观物质和微观物质宇宙中的微观物质对地球上物体的撞击力的合力,就是物体所受的重力,也就是所谓的万有引力引力作用是瞬时的,它与天体之间的距离无关。

关键词:宇宙 物质 微观物质 暗物质 重力 万有引力

 

 

一、宇宙是由物质构成的

天体物理学的发展告诉我们,宇宙中存在着无数的星系(如银河系),星系中包括大量的恒星、行星、小行星、小天体、星际尘埃等等;除了这些宏观物质以外,宇宙中还充满了大量的微观物质(即微观粒子),如恒星所产生的光(包括可见光和不可见光)、星际分子、各种宇宙射线、微波背景辐射等,甚至还可能存在我们未曾发现的物质。

由此可见,宇宙是由物质构成的,宇宙中除了大量的宏观物质以外,还充满了大量的微观物质,宇宙是由宏观物质和微观物质构成的。

 

二、重力是怎样产生的

如上所述,宇宙是由宏观物质和微观物质构成的。

我们知道,宇宙的物质都是运动的:相对于观测者来说,有的物质运动速度较大,有的物质运动速度较小,有的物质运动速度为零(相对静止);物质的运动方向也是无序的(可以向任何方向运动)。那么,对于地球而言,宇宙中运动的物质都有可能撞击地球的表面。除了宏观的天体(包括小天体)可能撞击地球之外,每时每刻都会有大量的微观物质撞击地球的表面。

宇宙微观物质是有能量的。已经测量出来的宇宙射线粒子的能量有的高达1021eV,相当于一个粒子拥有100焦耳以上的能量,光凭这个粒子就能把一千克的重物从地面上提升10米的高度!由于宇宙微观物质具有能量,因此撞击地球表面的微观物质会给地球表面一个撞击力。[1]

假设地球表面上有一个物体,它具有一定的密度,可以部分吸收(或完全吸收)宇宙微观物质的能量,也就是说它可以在一定程度上阻挡(或完全阻挡)宇宙微观物质的穿透。

现在我们来分析这个物体所受宇宙微观物质的撞击力情况(如图1):引力的本质

(由于地球上物体的大小远小于地球的半径,因此我们可以把这个物体看作是一个质点。)

来自物体下方的宇宙微观物质的撞击力F:物体由于受到地球巨大的遮挡作用,因此不会受到来自物体下方宇宙微观物质的撞击(由于地球的厚度很大,宇宙微观物质不可能穿透它)。所以,物体受到来自下方的宇宙微观物质的撞击力为零,即:

F=0

来自物体侧面的宇宙微观物质的撞击力F:来自物体侧面的宇宙微观物质对物体的撞击力大小相等、方向相反,可以互相抵消(假定来自各个方向的宇宙微观物质的能量都是一样的),即:

F=0

来自物体上方的宇宙微观物质的撞击力F:显然,物体受到一个向下的宇宙微观物质的撞击力,这个力应为:

F=mg

 

上面所述物体受到的宇宙微观物质的撞击力的合力F为:

F=F+F+F=mg

这就是物体所受的重力,也就是万有引力。式中m为物体的质量,g为重力加速度。根据牛顿万有引力定律,

F=mg=GMm/r²。[2]

式中G为引力常数,M为地球质量,m为物体质量,r为地球半径。 

由此可见,地球上物体所受的重力,也就是万有引力,是由于宇宙微观物质对地球的撞击所产生的,是宇宙微观物质对地球上物体的撞击力的合力。

在上面的讨论中,我们忽略了大气压的作用。其实,大气压的存在并不影响我们讨论的结果。因为大气也是一种物质,它也受到重力的作用。假设地球上有一个物体,它的底面与地球紧密接触。由于物体的底面与地球紧密接触,因而它的底面不会受到大气压的作用;物体的侧面受到的大气压力可以互相抵消;因此,物体就只受到一个向下的大气压力。在这里,大气虽然部分遮挡了物体上方宇宙微观物质对该物体的撞击,但它同时把宇宙微观物质的撞击力传递给该物体,因此,物体所受的重力与没有大气压时是一样的。

 

三、天体之间的引力是怎样产生的

假设地球表面上有一个物体,我们设想用火箭推动器把它推到无限远的地方。随着物体与地球之间距离的不断拉大,地球对物体的遮挡作用不断减小,来自物体下方的宇宙微观物质对物体的撞击力逐渐增大,因此,物体受到的宇宙微观物质的撞击力的合力不断减小,也就是物体所受的重力不断减小。当物体与地球之间的距离无限大时,物体就不再受到地球的遮挡作用。这时,物体受到来自四面八方的宇宙微观物质的撞击,宇宙微观物质对物体的撞击力互相抵消。因此,物体所受的重力为零,也就是地球对物体的引力为零。

宇宙间的天体也象上述假想实验中的地球与物体一样,当一个天体靠近另一个质量比它大得多的天体时,质量大的天体会对质量小的天体产生遮挡作用,从而产生引力;当一个天体靠近另一个与它质量相当的天体时,两个天体会互相产生遮挡作用,从而产生相互的引力;当一个天体距离另一个天体无限远时,天体之间没有遮挡作用,也就不会产生引力。

星系与星系之间,星系与星体之间也同样存在着引力作用。它们在互相靠近时,同样会互相产生遮挡作用,从而产生引力。当它们距离无限远时,它们之间没有引力作用。

 

四、对有关问题的解释

1、引力作用的瞬时性

引力(重力)是宇宙微观物质对天体(物体)的撞击所产生的,是宇宙微观物质对天体(物体)的撞击力的合力。由于宇宙微观物质无处不在、充满了整个宇宙,它每时每刻都对天体(物体)产生撞击作用。因此,这种作用是瞬时的、超距的,它与天体(物体)之间的距离没有关系。就象下雨天,雨点对人的撞击力,这种作用是瞬时的、超距的,它跟雨点从多高的地方落下没有关系。

我们知道,在天体力学中,总是先假定引力是瞬时、超距作用的。在此前提下,才能计算出天体的运行轨道。

当然,天体力学中这种对引力瞬时、超距作用的假定,与爱因斯坦相对论中关于引力以光速传播的观念是格格不入的。但是,大量的天文观测事实证明,这种假定是必要的和正确的。本文关于引力是宇宙微观物质对物体的撞击力的观点,恰恰为天体力学对于天体轨道的计算提供了理论依据。

 

2、关于万有引力定律

本文论述了引力产生的原因,并没有否定牛顿万有引力定律。

下面我们根据引力是宇宙微观物质对地球上物体的撞击力的合力的观点,推导出宇宙中两个星体(或物体)之间的万有引力公式

两个星体(或物体)的万有引力为F,它们之间的质量分别为Mm,距离为r

由于物体的质量越大,它所吸收的宇宙微观粒子的能量就越大,也就是宇宙微观粒子对物体的撞击力的合力即引力就越大;反之,物体的质量越小,它所吸收的宇宙微观粒子的能量就越小,也就是宇宙微观粒子对物体的撞击力的合力即引力就越小。因此,物体所受到的宇宙微观粒子的撞击力即引力与物体的质量成正比,

F∝M

F∝m

即:F∝Mm

又由于物体所受到的宇宙微观粒子的撞击力即引力跟物体间的距离有关:物体间的距离越小,物体间的遮挡作用就越大,因此引力越大;反之,物体间的距离越大,物体间的遮挡作用就越小,因此引力越小。即引力跟物体间的距离成反比:

F∝1/r

且由于物体互为遮挡,物体间的遮挡作用是相互的,因此,引力跟物体间距离的平方成反比:

F∝1/r²

从而我们可以得到加入引力常数G后的两个星体(或物体)之间的万有引力公式

F=GMm/r²

这也就是牛顿的万有引力定律公式。

 

3、关于暗物质

人们通过长期的观测和研究发现,宇宙中存在一种“暗能”,也就是暗物质。这种“暗能”可以抵消星系引力的作用。作者认为:所谓的暗物质,其实就是宇宙中的微观物质(包括已知的和未知的物质)。为什么宇宙中的暗能量可以抵消星系引力的作用?因为星系的引力正是宇宙的微观物质(也就是暗物质)引起的,有星系引力的存在就有宇宙微观物质(也就是暗物质)的存在,两者是密不可分的。例如宇宙中存在着三个相邻的星系,由于星系之间的互相遮挡作用,A星系与B星系之间存在着引力作用;B星系与C星系之间也存在着引力作用。这样,C星系对B星系的引力就会抵消A星系对B星系的引力(如图2)。

引力的本质 

这就是为什么宇宙中的暗能量可以抵消星系引力的原因。从这里我们可以进一步认识到关于宇宙微观物质产生引力理论的正确性。

 

参考文献

 [1]倪光炯、李洪芳:《近代物理》第352页,上海科学技术出版社出版,19798月;

[2] (美)C.基特尔等著、陈秉乾等译:《伯克利物理学教程》第一卷第84-85页,科学出版社出版,1979年。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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