万有引力
前言:
万有引力定律(Law of universal gravitation)是艾萨克·牛顿在1687年于《自然哲学的数学原理》上发表的。牛顿的普适的万有引力定律表示如下:任意两个质点有通过连心线方向上的力相互吸引。该引力大小与它们质量的乘积成正比与它们距离的平方成反比,与两物体的化学组成和其间介质种类无关。关于万有引力的成因,现在没有能说服人的解释,本文主要是做出我个人的独有见解和描绘出万有引力的模型。牛顿的经典力学只适用于低速、宏观、弱引力,而不适用于高速、微观与强引力,而我的理论适合高速低速、微观宏观所有场景。我的理论主要建立在力也是一种极其微观的粒子这个假设之上的。
一、万有引力的成因
我们知道,宇宙空间不是空的,存在大量的物质和微观粒子,并且这些它们还在一直不停地运动。并且我认为,所有物理概念都必须是有实体对应的,比如说空间、物质、运动。那么力作为一种物理概念,它也必须对应实体。而另一个方面,我们知道,微观粒子有几百种,分为轻子、玻子等,而光子是现今最微观的粒子,其大小用普朗克常量描述,是普朗克常数为这个数量级。于是我猜想:力是一种比光子小很多的微观粒子,可能达到10的负一百次方那么小,它至少具有动量的属性,不会静止,并且走直线。当它碰撞到像光子的大粒子的时候,具有以下两种方式的行为:(1)当它参与了这个大粒子的顺着它运动方向的运动改变过程,那么它就依附在这个粒子之上,让大粒子形成惯性。(2)当这个大粒子没有做出运动的改变或者没有顺着它运动方向的运动改变过程,那么它就会发生折射。
由于力是及其微观的粒子,我们知道,越微观的粒子数量越多,速率也越大。在宇宙这么巨大的空间中,存在几千亿之上的星系,每个星系又存在几千亿颗恒星,并且存在黑洞。这么庞大数量的宏观物体都要依靠万有引力来运转,并且运转上百亿年,以后还将运转下去,这需要多大的力量。所以说力的粒子数量绝对是个天文数字,并且力的粒子像永动机一样一直在不停运动。
宇宙就是一个力的海洋,不同的是这个海洋没有中心,也没有上下和深浅。无数的力的粒子(下文简称力子)在这个海洋里面穿梭和碰撞。这个海洋十分富裕,小到电子那么小的粒子,都排出了大量的力子。那么对应更宏观的物质,例如一个篮球,它的受力情形又是这么样的呢?答案是这个宏观的篮球四面八方受到了巨量的力子碰撞,但是它保持了平衡,因为篮球作为一个整体,它上面每个点的任何一个方向都受到了相同数量的力子碰撞,所以这个篮球保持平衡。
那么两个篮球会发生什么呢,答案是发生引力。这个结果不容易察觉,它是一个物理模型:一个篮球的时候,受到四面八方的力子碰撞,篮球保持平衡,假设两个篮球A和B相距一米,那么从篮球A的角度看,篮球B阻挡了从篮球B方向碰撞来的大量力子,于是篮球A的这两个方向(篮球B和它的反方向)受到的力子碰撞的数量不等:篮球A受到篮球B反方向的力子碰撞数量要比篮球B方向力子碰撞数量多,于是根据动量守恒,篮球A会受到篮球B方向的力,大小等于多出的力子的动量之和。篮球A和篮球受到的引力就像是被一双筷子夹住一样,示意图如下:
显然,这只是篮球A和篮球B在相交点受到的引力模型。一个点的引力没有那么巨大,而现
实中比如地球和月球之间的引力却是巨大的。那么篮球A和篮球B还有其他点和示意图的相交点一样会产生引力的吗?答案是还存在非常多。我们知道,上面的示意图本质是万有引力的模型,他是一个三维的空间表示,和两个锥形漏斗类似。而相交点就是两个漏斗的顶部。而我们还知道,篮球A和篮球B是可以无限分割的,例如把篮球A分割成无数的小球,再一一和篮球B进行引力模型,那么相交点的区域应该是下图:
这是一个三维的示意图,包括相交点区域和篮球A和B自身。这就是所有的相交点的集合。
二、万有引力的计算
上述已经分析了万有引力的成因还有它的模型,那么我们可以通过它的模型计算出它的引力公式。等式如下:万有引力常量
万有引力=所有相交点的引力的和
这里我们知道,相交点的引力其实就是求以相交点为圆心,半径可变的圆锥球面,篮球A与这个圆锥相交部分在这个半径可变的圆锥球面最大的投影占比面积比例乘以一个常数,这个常数和万有引力常数G有关。求出相交点的引力公式,再用区域二重积分求出相交点引力的积分就是万有引力的公式。因为求这个公式很复杂,这里只是阐述其原理。
三、万有引力的引理
我们知道,存在四种力:强力、弱力、电磁力和万有引力。既然力子是一种微观的粒子,那么存在多少种力子呢,我像答案是不确定的。因为比光子还小的粒子到底有多少种,以现在的实验水平是测不出来的。不过我们可以确定至少存在一种力子。另一个方面,我们知道比光子大的几百中粒子都有力的属性,那么这种力的属性是它的内在的秉性吗,答案
是否定的。因为力也是一种粒子,如果力是这些粒子的内在属性,那么在长达上百亿年的过程中,要消耗多少力子呢?这显然是不切实际的。所以说:
力不是物体的内在属性,而是一种外部赋予属性
原理是:比光大的粒子占据空间,那么本来应该在粒子占据的空间里的力子就到了粒子的表面,这就是外部怎么赋予粒子力的属性的机制。
四、万有引力的引理的实列
我们知道,光是一种电磁波,也是一种粒子,称作光子。光初始速度就接近30万千米每秒,这是怎么做到的呢?比如说太阳是由氢和氦聚变发光,那么光原来也是氢和氦原子的一部分,速度非常小的,为什么聚变之后就能达到光速呢?我想这是因为氢原子和氦原子表面存在一层力的弹簧膜,当光子离开原子表面的时候,被急速加速达到光速,相当于在极短的距离和时间下加速到光速的,可以看出光子和原子相比很微小,而力子和光子相比也很微小,并且力子的速度远远超过光速,才能达到这种效果。
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