我們是否真的了解引力和磁場是如何運作的?

2021-01-10 騰訊網

這完全取決於您對知識的理解。

我們的引力和磁力理論使我們能夠描述系統的基本物理學,大概是從宇宙的大小到規模比原子核小近一百萬倍的事件。後一種現象由量子電動力學解釋,量子電動力學通常能使預測精確到小數點後10位。對於引力,我們可以準確地描述到黑洞表面的宇宙及其演化過程。

從實際的角度來看,我們幾乎完美地理解了這兩種力,並以我們目前的最佳測量能力來解釋。

靜止地放置在參考框架中的帶電粒子會產生一個如上圖所示的純電場。當您離中心越遠時,通過每個球面的電場線的數目不變,因此靜電力隨著球的表面積的倒數的減小而減小。如果空間是3維的,這就是靜電力與電荷間距離的關係,並解釋了平方反比定律。

這個電場從哪裡來?它來自電磁力,這是一種應用量子電動力學理論詳細解釋的量子現象。每個帶電粒子被虛擬光子云包圍,虛擬光子在其他帶電粒子之間交換以產生熟悉的靜電力。這是顯示僅在兩個電子之間交換的這些虛擬粒子之一(波浪線)交換的圖。

磁場是我們在參考系中觀察到的,電場以相對於我們的速度通過。這些電荷的運動稱為電流,只要電流的速度不為零,所有電流都會產生磁場。但是,磁場本質上並不是新磁場,只是在不同參考系中看到的熟悉的電場。在一定程度上,我們對「電磁」場的理解是完美的,因為它在量子力學中是堅實的基礎。

引力場非常不同。我們稱它們為「場」,因為這是牛頓物理學的遺留描述,在我們與太陽系和局部宇宙接觸的大多數事物中,它都能為我們提供很好的服務。但這不是思考引力的正確方法。儘管它在本質上類似於兩者,但它既不是場也不是力。

廣義相對論是我們描述引力最成功的理論,但這只是一種純粹的幾何理論,而不是看起來像量子電動力學的理論。相反,4維時空是描述引力和變形的「場」,因為粒子試圖以直線行進通過幾何體時會產生加速現象。同時,物質(和能量)也會產生這些幾何畸變。廣義相對論是關於世界線的幾何學的理論,而不是將引力嵌入其中的一些神話般的背景空間。廣義相對論的最大缺陷是,它不能準確地告訴我們物質是如何產生引力的。我們所知道的唯一另外一種描述力產生方式的理論稱為量子場論,其中量子電動力學最為成功。

引力沒有類似的理論,所以我們真的不知道物質是如何產生引力的。因為引力場稱為時空,所以我們必須想像的是一種描述時空「來源」的理論,換句話說,物質是如何產生時空的!

如果您要問一個關於我們知識的形上學的問題,那麼我們真的不了解最深層次的引力,例如為什麼存在引力?是量子場嗎?時空的本質是什麼?

就人類活動領域而言,我們對這兩個領域了解得足夠多,以至於我們永遠沒有比現在更好的理論來解決實際需求。

相關知識延伸閱讀

電磁場(electromagnetic field)是由帶電粒子的運動而產生的一種物理場。處於電磁場的帶電粒子會受到電磁場的作用力。電磁場與帶電粒子(電荷或電流)之間的相互作用可以用麥克斯韋方程組和洛倫茲力定律來描述。

圖解:感受到在玻璃下方的磁鐵所產生的強烈磁場,在玻璃上方的鐵磁流體,會顯示出正常場不穩定性。

電磁場可以被視為電場和磁場的連結。追根究底,電場是由電荷產生的,磁場是由移動的電荷(電流)產生的。對於耦合的電場和磁場,根據法拉第電磁感應定律,電場會隨著含時磁場而改變;又根據麥克斯韋-安培方程,磁場會隨著含時電場而改變。這樣,形成了傳播於空間的電磁波,又稱光波。無線電波或紅外線是較低頻率的電磁波;紫外光或X-射線是較高頻率的電磁波。

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

3. astronomycafe-Dr. Odenwald'sGravity-translate

如有相關內容侵權,請於三十日以內聯繫作者刪除

轉載還請取得授權,並注意保持完整性和註明出處

相關焦點

  • 普朗克引力物理所或發現宇宙中最強磁場
    普朗克引力物理所或發現宇宙中最強磁場 2013-07-31 10:36 來源:騰訊科學
  • 軌道和引力的關係,引力是否是構成宇宙「大廈」的棟梁支柱?
    天文學家不僅早就知道「葉列寧」彗星距地球的最近點,並且計算出它對地球產生的潮汐力只有月球的十億分之一,以及一個幾乎可以忽略不計的磁場。未來可能對地球構成最大威脅的是小行星「阿波菲斯」。用美國航空航天局近地天體計劃主管唐·約斯曼的話說:「我們對小行星的軌道非常了解,是軌道和引力等科學工具鑄就了我們自信的基礎。」是的,毫不誇張地說,軌道和引力不僅是支撐宇宙大廈的棟梁,還是我們探索無盡星空的必經之路。
  • 月球的「盾牌」磁場消亡於10億年前,強度曾是地球的2倍!
    人類最了解的地外天體,莫過於月亮了。月球作為地球唯一的永久天然衛星,也是人類首個登陸的地外天體。近些年來,科學家對月亮的孜孜不倦的研究,也發現了月球內部普遍存在水,且比想像的要多得多,但依然存在很大不解之謎,比如它的磁場。
  • 地球磁場150年裡減弱10%:你感覺到了嗎?
    蜂群衛星群2013年11月發射升空,為科學家了解地球磁場的複雜運作提供了空前的信息。這些數據將幫助科學家更好地了解地球磁場是如何運作的、太陽活動對它產生怎樣的影響以及大片地球磁場正在變弱的原因。在接下來幾個月內,科學家會分析這些數據,根據地幔、地殼、海洋、電離層和磁氣圈等來源了解磁場作用。
  • 月亮如何影響我們的情緒?睡眠也會隨著月亮周期變化
    在他看來,這名患者的情緒和睡眠規律是伴隨海洋的潮汐漲落變化的,而地球上的海洋潮汐則由月球的引力影響決定。「在那些睡眠時間較短的夜晚,潮水似乎都漲得比較高。」剛開始時,醫生還認為自己的這種預感很荒謬,儘管這名患者的情緒變化周期與月球周期保持同步,但沒有機制可以解釋這種現象,也不知道該如何解決。
  • 太陽是如何運作的
    它是如何燃燒的?是什麼讓這些氣體不會洩漏到太空中呢?為什麼太陽會發出太陽耀斑呢?太陽會停止燃燒嗎?在這篇文章中,我們將研究離我們最近的恆星的迷人世界。太陽已經「燃燒」了45億多年。它收集了大量的氣體,主要是氫和氦。
  • 引力是什麼?引力真的存在嗎?
    但是如果我們仔細思考一下,萬有引力真的存在嗎?相信大多數人都會堅信引力是存在的,並且可以提出一些相關的證據,就比如蘋果會掉地上。但有趣的是,愛因斯坦曾經提出過著名的廣義相對論,他認為引力並不存在,實際上那是時空的彎曲。那問題就來了,同樣都是物理學的大神,如果要給物理學家排個序,這兩位絕對是佔據前二的。
  • 引力的傳播速度是光速,科學家是如何測量出來的?
    在愛因斯坦的相對論中,光速是恆定的,並且是不可超越的,但在宇宙間能夠達到光速的不僅僅只有光,還有引力、磁場和電場,同樣它們也能以光速進行傳播。首先提出萬有引力的是牛頓,在他看來引力可以描述成兩個物質之間的吸引力,不過後來愛因斯坦提出了廣義相對論,這與牛頓持相反的態度,他主張引力並不是一種單純的力,它其實是物體彎曲時空的結果,雖然現如今的宇宙天體運行都受到萬有引力的制約,但是很明顯它是已知的基本力中最弱的一個,尤其是在分子和原子尺度上。
  • 對引力的認知是如何進化的?什麼才是真正的引力
    當我們將一支筆放在桌子上的時候,這根筆會受到整個地球的引力而緊貼在桌面之上,然而,隨便一個三歲小童就可以輕而易舉將這支筆拿起來,在與整個地球的引力對抗中取得勝利。其二,就是引力的作用範圍最廣,無論是天體的運行、物體的下落,都是引力作用的結果,任何兩個具有質量的物體之間都存在著相互的引力作用,這就是萬有引力。
  • 引力和電磁力,與人類生活密切相關的兩種力
    自然界中一共有4種基本力,分別是引力、電磁力、強力和弱力。在這一篇文章中,我主要介紹一下與我們日常生活息息相關的兩種力——引力和電磁力。●引力引力的作用效果主要表現在宇觀尺度,為什麼說,它與我們的日常生活緊密相連呢?潮汐漲落雖然與地球和月球的引力有關,但似乎並不重要啊。
  • 太陽輻射、太陽活動和太陽引力
    地球上獲得太陽能量的方式之一就是太陽輻射,試想,太陽和地球距離遙遠,中間是真空狀態,物理學科中告訴我們能量的傳遞方式有傳導、對流和輻射等等,傳導和對流都需要有能量的傳播介質,太陽能量不太可能以傳導或者對流的方式進行傳遞,於是就剩下了輻射,太陽輻射的主要形式是電磁波,比如光、紅外輻射、紫外輻射都是電池波。
  • 恆星引力王一栩:以網際網路產品邏輯打造恆星引力的「IP宇宙」
    在對於自有IP的開發上,恆星引力也並非大包大攬,而是更多承擔著「運營者」的角色。王一栩表示,「公司在IP運作上的架構並不複雜,在前期開發完成後,我們會為每一個IP選擇一個適合它的產品領域,諸如遊戲、網絡劇等等多個衍生模式,並評估是由公司自己來開發,還是交由第三方操作。
  • 變化的木星磁場 訴說著行星的哪些奧秘
    有磁鐵的地方就有磁場,它能散發出一股看不見的神奇力量。        日前,美國國家航空航天局(NASA)研究團隊在《自然·天文》在線公布的一項最新發現顯示,木星磁場會隨著時間推移而不斷變化。這是科學家首次確定無疑地探測到地球之外天體內部磁場隨時間而變化的情況。        行星磁場是如何形成的?地球和木星磁場的變化模式類似嗎?研究木星磁場對我們了解地球有何意義?
  • 在相對論中,引力是質量扭曲空間形成,愛因斯坦如何想到的?
    我們將原子的量子幹涉圖樣原子能級,由一組表象函數拉蓋爾級數展開。將直縫(可以是任何形狀,任何路徑)量子光柵形成的量子幹涉圖樣光譜,由一組表象函數抽樣函數展開。一個引力紅移的問題。電磁波波長變化在不同介質傳播時候會變長。受磁場影響地球近地空間的大氣層空氣含量是不同高度其含量都有不同,而且受磁場影響空間中的粒子將重新排列成順磁或逆磁,結果就形成不同介質的宇宙空間。
  • 科學家欲重建火星磁場,建立新的家園!
    科學家欲重建火星磁場,建立新的家園!即使在流浪地球當中描述的木星的引力一點都不誇張,在太陽系當中除了太陽之外,木星是質量和體積排名第二的星球,它的引力和磁場都是非常強大的,也正是因為這樣,木星吸引了無數的星體圍繞它旋轉,目前觀測到的木星的衛星數量就達到了69顆。當然這顆龐大的身體是不適合人類生存的,如果在未來某一天流浪地球當中的情景上演,地球已經成為不適合人類居住的星球,人類又該去往何處呢?
  • 電場和磁場都是物質,該物質由哪種粒子組成?能否跨越高維空間?
    在近代物理學中,物質可分為兩種形態——粒子和場。 基本粒子組成各種微觀粒子,比如質子、中子、電子、原子等等;而「場」是物質的一種特殊形態,用來描述物質之間的相互作用。「場」具有能量和動量,這正是物質的基本屬性,所以「物質場」是真實存在的;根據相對論質能方程,還可以把場的能量等效為相對論質量,比如有電場、磁場、引力場等等。
  • 引力的超距作用真的很神秘嗎?引力能量來自哪裡?科學家給出答案
    這就是牛頓第二定律和牛頓第三定律告訴我們的內容。經過物理學這麼多年的發展,直到現代,物理學家總結出自然界中最基本的四種相互作用,即四種力,即:引力、電磁力、強作用力、弱作用力。再重複一遍,力就是能改變物體運動狀態的相互作用。
  • 四大基本力:引力弱得離譜,弱相互作用力是太陽發光的關鍵
    自然界中總共有四種基本力,分別是:強相互作用力、弱相互作用力、電磁力和引力。對於我們來講,這些力都是非常重要的,正是有了這些基本力的存在,我們所處的宇宙才得以有條不紊的運行。今天我們就來科普一下方面的知識,由於很多人都對弱相互作用力不是很了解,因此本文著重以通俗易懂的方式來介紹弱相互作用力。弱得離譜的引力按照從強到弱的排列,它們的順序依次是:強相互作用力、電磁力、弱相互作用力、引力,與其他三種力相比,引力顯得非常的另類-它實在是太弱了。
  • 八極靈數:你的手機號中是否存在破財的磁場呢?
    用數字能量學解釋,就是受手機號碼中不守財的數字影響,導致花錢的速度和賺錢一樣快。你的手機號中是否存在這樣的數字磁場呢?絕命磁場給我們生活帶來的影響01、自從你用上了這樣的手機號碼,就特別喜歡投資項目,身邊總會出現讓你花錢投資的項目,或者有人來給你介紹項目,每個項目都讓你產生投資的衝動,最終你會選擇這裡面的一項或者幾項。
  • 人的磁場真的好重要
    我們每個人身上都有磁場,有的磁場讓我們彼此相吸,有的磁場讓我們彼此相斥。所以,你身上的磁場是什麼樣的,你想什麼,你相信什麼,就會散發出什麼樣的磁場,就會吸引什麼樣的人與事兒,這是通過自己的磁場的一種感召,也是吸引力法則。