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万有引力本质论

原创
能子源

万有引力的概念

万有引力是两个质点之间的相互作用,是两个质量相互加速靠近的驱动。其源于物质质量的属性性能。

万有引力认识史

万有引力首先由牛顿提出,牛顿认为万有引力是两质点之间的作用力,任何有质量的物体之间都有相互吸引的力,即万有引力。其用公式表示为:F=GMm/R²,R为两物体质心之间的距离,引力的作用是超距离的作用。有质量物体之间的这种吸引力不仅是所有物体之间都具有的作用力,而且这种吸引力的传递是瞬时完成的。后来卡文迪许利用卡文迪许扭秤测出了万有引力常数G,并证明了万有引力定律。但随着科学的不断进步,牛顿的万有引力观念出现了不洽性,如超距作用的原因、光速的上限性、水星进动现象等等。

为了使理论更加地完美,爱因斯坦用广义相对论的理论形式进一步完善了万有引力的概念。广义相对论认为,引力只不过是四维时空的一种几何属性,是物质质量对时空的曲率体现,即万有引力是指物质对时空弯曲的一种几何效应。物质和时空的引力关系式是爱因斯坦场方程:Rμυ - gμυR/2=8πGTμυ/c^4,这个方程比较复杂,简单的理解就是物质的分布和其运动状态与空间弯曲状况的关系。这种关系告诉我们,上述几何属性导致,空间因物体而出现弯曲,物体因空间弯曲而沿着测地线运动。

与此同时,科学界提出引力子是传递万有引力的粒子,且两个物体之间的引力是引力场通过引力波的方式传递万有引力,也就是说,万有引力是引力子通过波的方式在两个物体之间传递引力作用。然而一方面引力子现在还没找到;另一方面相对论的引力理论虽然比牛顿引力概念完美一些,但也有不尽人意的地方,比如奇点问题、量子引力问题、暗能量问题等等。为了很好的认识宇宙、理解万物,可能将会有更完美的理论相应出现,以活跃的状态在科学大厦的顶端遨游。不过相对论在相当的范围之内依然是有着高度的科学性。

万有引力新认识

广义相对论修正了牛顿的引力缺陷,但对引力的运行机制比较含蓄,能子源在此用所学心得给予表述,文章粗浅,略表个人观点。

一、引力本质

牛顿的引力理论虽然有缺陷,但万有引力的大小与物体的质量以及物体之间的距离有关系,这一点是具有必然性。不管是小到粒子,还是大到黑洞,质量越大、距离越小,其物体之间的万有引力必然越大,这无可非议。爱因斯坦广义相对论虽然也有不尽人意的地方,但质量导致时空弯曲,时空弯曲使物体走测地线运动,这也是事实。引力子尽管没找到,并且现有理论对引力子的性能猜想可能有出入,以及理论对引力子传播能量的机制可能也有待修正;但是我认为引力子存在也是引力中的必然事件。综合这几方面因素,所以引力可表述为:物质的质量导致时空弯曲从而产生物质之间相互靠近的趋势,靠近趋势的质量让物体获得引力子而迫使他们加速运动,这就是万有引力的本质。

万有引力是所有质量之间的相互作用,其表现为吸引。不管是由时空弯曲导致,还是以捕获引力子加速,它源于质量,是质量自身的一个属性,只不过这个属性有点作用、带了点力的角色,所以它既是质量的一个性能,更是物体间的一种力。说它是性能,是指一个物体本身而言;说它是力,是指一个物体对另外一个物体的作用关系。因为牛顿说,力是物体之间的相互作用。万有引力就是有质量的物体之间的作用,不管这个质量以什么形态存在;也不管这个作用是几何效应,还是有粒子参与,抑或有其他因素之源,但它实实在在就是两个物体之间的相互作用,故而万有引力是一种具有吸引的力。

二、引力机理

既然万有引力是有质量物体之间的一种力,那么它是怎样运行的,即万有引力的作用机制是怎样的呢?

第一,时空效应

宇宙形成伊始,物质只以能量的形态存在,宇宙时空中只有能量,随着宇宙时空的不断发展和膨胀,宇宙中出现了质量形态,即物质以质量的存在形态出现在宇宙时空中。物质以质量的形态出现在宇宙中,以形形色色的物体形式分布在宇宙时空的各个地方,使得宇宙时空出现了不同程度的弯曲,并且质量越大的物体周围,物质空间的弯曲程度越大。另一方面,物体在空间两点之间走的是短程线。在欧氏几何里,同一平面内两点之间线段最短,即线段是短程线,所以自由行走的物体必然沿着线段距离的长度走。被质量弯曲的时空是非欧氏几何,那里的平面被压弯了,那里的短程线也被压成了弯曲线,也就是说有质量的时空是一个弯曲的时空,在那里没有平面可言。所以物体在弯曲的时空走的短程线是弯曲的测地线。因此广义相对论认为,万有引力是一个时空几何效应。

第二,本源质量

万有引力是一个时空几何效应,两个有质量的物体在弯曲的时空中相互靠近,在靠近的过程中都是做加速运动。如果两个天体星球的质量越大,他们周围的时空就越弯曲;如果两个天体星球靠的越近,系统空间的弯曲合效应就越显著。这样一来万有引力自然就越明显,退化到牛顿理论中,就是表达式F=GMm/R²的完美体现。所以说两个质点的质量越大,他们之间的距离越小,其万有引力就越大。即使在相对论框架下这个表达式有缺陷;但是在外部环境同等的条件下,两物体质量越大,距离越小,其万有引力就越大,这个结论是无可非议的论断。

万有引力虽然有几何效应,但这种几何效应来源于质量且引力大小与质量有关系,故他源于质量;又因为引力过程有能量交换,所以他不仅仅只限于几何效应,他实质上是质量的一种属性。引力作用中有能量的交换,这里还应该涉及粒子的交换或传递过程。我们想想,在万有引力的作用下,两个物体都加速运动;如果在相对论框架中,他们的质量也都在增加。不管是速度增大,还是质量的增加,都是物质总能量变大了。这能量从哪里来、是怎样来?这两个问题,必然涉及能量的转化和粒子的运行。

第三,粒子机制

两个天体在万有引力的作用下,能量都在不断地增加,这些能量必然从其他地方转来,否则能量守恒在引力中就失效了。为了使研究问题简单化,现在我们把这两个天体分别记作A、B,然后把他们所在的系统和宇宙其他时空完全隔离,这样A、B和其所在的时空就成了一个与外界没有关系的孤立系统。这个孤立系统内共有三种物质,他们分别是星球A和B、AB引力场以及AB所在的时空能量场。在引力作用下A和B的能量都增加了,根据能量守恒定律,增加的能量要么来自AB引力场,要么来自AB时空能量场,要么来自这二者的复合场。这里要说明一点,引力场是AB引起的能量场;而时空能量场是物质时空本身的能量场,即使没有AB这个场依然存在,只不过可能有点变化,而且时空能量场往往早于天体星球而存在。

现在假设AB增加的能量是AB引力场减少的能量转化而来,而这个转化过程需要一种传播粒子来完成,这种粒子就叫引力子。否则一个地方的能量在有引力的时候,凭空到了另一个地方,并发生了转化而不需要任何传播粒子;而在没有引力的时候不发生这样的事。有引力能量就转化且不需要引力子传播,没引力能量就不转化,这是难以想象的事件。由此可得,引力子携带了引力场的能量,然后把他传送到A或B上,继而转化成A或B的速度(动能)或者质量。这样在引力的作用下,AB的能量增加了,AB的系统势能就减少了,而且减少的势能正好等于增加的能量(动能和质量能的总称)。上面这只是一种假设,因为增加的能量也可能是时空能量场或其复合场的能量转化而来。但不管是哪一种情况,其转化的机制类似,传递的粒子都可以叫作引力子,作用过程中都是势能转化成物体的能量(这个势能不管是引力势能,还是时空势能,抑或复合场势能,都可简称为势能)。根据物质的秉性,任何物质都具有波粒二象性,所以引力子在系统场中传递能量具有波动性,传递过程也具有时效性。现代科学理论表明,引力是按照光速完成传递的,引力传递的时效性和引力子的性能有直接的关系,等以后弄清楚引力子的性能,自然就会搞清楚引力速度的传递本质。我们把AB系统放回到宇宙物质的大时空中,大时空虽然与小系统有联系(物质和能量的交换),但是引力的机理不会因为物质的回归而失效。

综上所述,万有引力的本质可表述为:引力是物质时空的一种质能效应。它源于质量,在时空弯曲中形成,通过引力子完成能量传递,其作用效果是两个质量加速靠近甚至合为一体,或大质量天体不断塌陷。

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评论
科普:张萍
太傅级
万有引力是两个质点之间的相互作用,是两个质量相互加速靠近的驱动。其源于物质质量的属性性能。
11.26
发光的晶晶
学士级
广义相对论修正了牛顿的引力缺陷,但对引力的运行机制比较含蓄,能子源在此用所学心得给予表述,文章粗浅,略表个人观点。
11.26
富阳区渔山乡五岭村
少师级
万有引力是一个时空几何效应,两个有质量的物体在弯曲的时空中相互靠近,在靠近的过程中都是做加速运动。如果两个天体星球的质量越大,他们周围的时空就越弯曲;如果两个天体星球靠的越近,系统空间的弯曲合效应就越显著。
11.26