根據能量守恆定律,地心引力來自哪裡?物質又是怎麼來的?

2020-12-11 星辰大海路上的種花家

熱力學第一定律告訴我們,在一個孤立的系統中的總能量是保持不變的,它不可能增加!但引力給予大家的印象卻是永恆的,它一直在那裡,任何時候它都是這樣,似乎無窮無盡,這不是違反熱力學第一定律嗎?

能量和力是同一回事嗎?

可能有朋友認為,能量和力是一回事,比如我們提起重物,需要花力氣對抗重力,這力氣就是消耗了我們大量的能量,這樣理解其實並沒有大問題,但你提著物體垂直方向上沒有移動的時候引力並沒有做工,很多朋友並不能理解這個問題,但只要想想,如果你將這個重物放在旁邊的椅子上,請問這把椅子做功了嗎?

答案是沒有,那為什麼我們人就需要做工才能提著重物呢?那是因為我們人體是是一個柔性結構,你需要輸出強大的能量才能讓你的肌肉保持在緊繃狀態,所以你所有的能量只是內耗而已!

所以引力做功的話,需要在引力場中無限遠到質心方向產生位移,無論正反向移動,都會做功,但無論它的路徑如何都不會改變機械能!因此你可以利用引力勢能來發電,但不能反覆利用它,比如你把100克的物體垂直提升1米,就是消耗了1焦耳的能量!理論上當它落下時候將會釋放出這個能量,當然你需要忽略掉空氣阻力和機械能損耗。

如果你反覆提升3600000次,那麼它落下的能量累積起來就是一度電,是不是利用重力勢能發電很簡單?但你首先得把重物提升那麼多次或者將總量的物體提升到那麼高,你從引力場中賺不到能量,付出多少,獲得多少,而且因為各種損耗只能打個8折都不到。

為什麼水電站一直可以發電?

那是因為太陽的輻射能將水汽循環到了高原,變成雨下下來,經過河流到了攔水大壩,然後經過引流的管道推動水輪機轉動最後帶動發電機發出電來。準確的說我們沒法叫做水力發電,歸根結底利用的還是太陽能,假如沒有太陽,水都結冰了,請問我們還能用毛個水力發電?

引力來自哪裡?如何來描述它?

引力是質量在時空中的表現方式,這是愛因斯坦告訴我們的,300多年前的牛頓發現了萬有引力,他總結的萬有引力定律告訴我們,兩個天體之間的引力和它們的質量成正比,與它們距離的平方成反比,這個萬有引力公式獲得了巨大成功,甚至之後將近300年的天體力學基礎!

萬有引力公式示意圖

當然對於地球上的每一個物體,我們都可以用這個公式來計算,但現在我們已經簡化了,因為已經將每千克所受的重力計算出來了,因此你可以用一個簡單的公式將它計算出來:G=mg,當然你得注意下,此G非萬有引力常數。

更準確的說萬有引力仍然是準確的,並沒有因為愛因斯坦的廣義相對論而被推翻,但有一個問題需要注意的是,牛頓認為時間和空間是分離的,兩個互不影響,可以簡單的稱為絕對時空觀,但愛因斯坦認為時間也會受到質量的影響,所以廣相認為引力是質量在時空中的表現,一字之差謬以千裡,因為勒維耶用經典力學計算出的水星軌道就是差那麼一丟丟,而用廣義相對論則只有幾乎可以忽略的誤差。

質量是怎麼來的?

我們知道了引力來自於質量在時空中的表現,那麼現在輪到質量了!科學家一直想搞懂這個問題,我們比較幸運,2013年歐洲強子對撞機發現了賦予粒子質量的希格斯玻色子,它通過希格斯場利用自發對稱性破缺使基本粒子獲得質量。

關於宇宙起源的一個說法!

宇宙大爆炸是我們宇宙起源的一個說法,這個說法假定了宇宙是從一團能量中誕生的,在急速擴張中溫度漸漸冷卻,到低於夸克和膠子的相變溫度時就誕生了基本粒子,然後組成了重子物質再經過太初核聚變誕生了原子核,再到宇宙在37.7萬年冷卻到等離子溫度以下時,原子核捕獲電子形成原子,宇宙才真正開始進入原子時代。

但這些能量是怎麼來的呢?沒有人知道,但有一個非常有趣的猜測,比如量子力學中的不確定性原理告訴我們,當時間絕對絕對肯定的一剎那,即使在真空中也會湧現出強大的能量,但殘酷能量守恆告訴我們,這些能量會在瞬間消失,而繼續維持能量守恆!

所以有科學家認為質量是一種負能量,因此在真空中這個絕對絕對肯定的一剎那產生的能量經過大爆炸的誕生物質的順序,產生了質量,而能量和質量兩者是等價的,所以在宇宙的高度上仍然維持了能量守恆!但事實是物質真的在空無一物的真空中產生了!

請問你信嗎?

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