爱情里的万有引力定律
(2008-11-30 19:32:10)
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杂谈 |
分类: 随笔 |
任意两个质点通过连心线方向上的力相互吸引。该引力的的大小与它们的质量乘积成正比,与它们距离的平方成反比,与两物体的化学本质或物理状态以及中介物质无关。
公式表示:
F=G*M1M2/(R*R)(G=6.67×10^-11N•m^2/kg^2) 可以读成F等于G乘以M1M2除以R的平方商
F: 两个物体之间的引力
G: 万有引力常数
m1: 物体1的质量
m2: 物体2的质量
r: 两个物体之间的距离
牛顿理论存在的问题:
尽管牛顿对重力的描述对于众多实践运用来说十分地精确,但它也具有几大理论问题且被证明是不完全正确的。
理论问题:
没有任何征兆表明重力的传送媒介可以被识别出,牛顿自己也对这种无法说明的超距作用感到不满意(参看后文条目“牛顿定律的局限性”)。
牛顿的理论需要定义重力可以瞬时传播。因此给出了古典自然时空观的假设,这样亦能使约翰内斯·开普勒所观测到的角动量守恒成立。但是,这与爱因斯坦的狭义相对论理论有直接的冲突,因为狭义相对论定义了速度的极限——真空中的光速——在此速度下信号可以被传送。
观测结果的不符:
牛顿的理论并不能完全地解释出水星在沿其轨道运动到近日点时出现的进动现象进动。牛顿学说的预言(由其它行星的重力拖曳产生)与实际观察到的进动相比每世纪会出现43弧秒的误差。
牛顿的理论预言的重力作用下光线的偏折只有实际观测结果的一半。广义相对论则与观察结果更为接近。
所有物体的重力质量与惯性质量相同的这一观测现象是牛顿的系统所不能解释的。广义相对论则将它作为一个基本条件。参看条目等效原理。
牛顿定律的局限性:
当牛顿非凡的工作使万有引力定律能够为数学公式所表示后,他仍然不满于公式中所隐含的“超距作用”观点。他从来没有在他的文字中“赋予产生这种能力的原因”。在其它情况下,他使用运动的现象来解释物体受到不同力的作用的原因,但是对于重力这种情况,他却无法用实验方法来确认运动产生了重力。此外,他甚至还拒绝对这个由地面产生的力的起因提出假设,而这一切都违背了科学证据的原则。
牛顿对重力的发现埋葬了“哲学家至今仍在愚蠢地试图探索自然”(philosophers have hitherto attempted the search of nature in vain)这句所谓的真理,就同他深信着的“有各种因素”使得“各种迄今未知的原因”是所有“自然现象”的基础。这些基本的现象至今仍在研究中,而且,虽然存在着许多种的假设,最终答案仍然没有找出。 虽然爱因斯坦的假设的确比牛顿的假设更能精确地解释确定案例中万有引力的作用效果,他也从来没有在他的理论中为这种能力赋予一个原因。在爱因斯坦的方程式中,“物质告诉空间怎么扭曲,空间告诉物质怎么移动”(matter tells space how to curve, and space tells matter how to move),但是这个完全异于牛顿世界的新的思想,也不能使爱因斯坦所赋予“产生这种能力的原因”比万有引力定律使牛顿所赋予的原因更能使空间产生扭曲。牛顿自己说:
我还没有能力去从现象中发现产生这些重力特性的原因,而且我无法臆测……我所解释的定律和丰富的天体运动的计算已经足够于说明重力的确存在并能产生效果。一个物体可以不通过任何介质穿过真空间的距离对另一个物体产生作用,在此之上它们的活动和力可以传送自对方,这对于我来说简直就是一个天大的谬论。因此,我相信,任何有足够的哲学思维能力的人都不会沉溺于此。
如果科学最终能够发现重力产生的原因的话,牛顿的希望也将最终被实现。