如果兩個物體間的距離趨近於零,那麼引力就會無限大嗎?

2020-12-06 優美生態環境保衛者

牛頓萬有引力定律是近現代物理最偉大的發現之一,在19世紀時人們普遍把經典力學、經典電磁場理論和經典統計力學作為經典物理理論體系的3大支柱。如果將物理學截至目前的所有理論放在一起,萬有引力的發現也將會與相對論和量子力學齊名,它有力推動了近現代物理學體系的健全和科學技術的發展,對人們深入探索宏觀世界的發展演化規律提供了不可或缺的科學依據。

按照萬有引力定律,任何有質量的物體之間都會產生相互的吸引作用,其數值大小與它們的質量乘積成正比,與相互之間的距離平方成反比,表達式為:F=G*M*m/r^2,其中G為萬有引力常數。兩個物體當距離逐漸加大時,按照此公式我們可以明顯看出它們之間的萬有引力會衰減得很厲害,那麼,如果過程反過來,將兩個物體無限靠近,它們之間的引力能否變為無窮大呢?

根據科學家們長期的研究發現,宇宙中存在著4種基本作用力,即強核力、弱核力、電磁力和引力,截至目前,前三種力都發現了力的傳輸介質,分別為膠子、W和Z玻色子、光子,這三種力也是微觀世界中佔據主導作用的力,並且通過科學家的努力,這三種力實現了統一。然而引力卻比較特殊,截至目前,還沒有發現引力的力傳輸介質,也沒有將引力和其它三種力實現「大一統」。不過,隨著廣義相對論研究和應用的逐步深入,特別是引力波的發現,為我們進一步深入揭示引力的本質奠定了堅實的基礎。

引力作為宇宙空間中最常見的一種力的作用形式,同時也是我們日常生活中無時無刻不在體驗著的自然現象,它的一些基本規律已經被科學家們所掌握,比如力的作用效果在四種基本作用力中最小、具有遠程性、傳播速度為光速等等。就單從計算引力的大小來看,我們在計算兩個物體之間的萬有引力時,是從確定兩個物體之間的質心出發,通過分別測算它們的質量以及質心之間的相互距離來實現的。然而,有質量的物體,其本身就會在空間中佔據一定的體積(除了黑洞的奇點之外),兩個物體相互靠近,也只是表面的貼近,實質上並未真正達到質心的無限靠近。

舉個例子來說,我們將兩個勻質的球體靠在一起,由於它們本身具有體積,也就是說質心與質心之間的距離,無法突破兩個球體的半徑之和,在這種情況下不可能使它們之間的萬有引力達到無窮大。那麼,我們直觀感覺如果減少球體的半徑,再相互靠近,是否可以使萬有引力逐漸變大呢?實際上也不行,因為球體的體積與半徑的立方成正比,球體是勻質的話,球體的質量與體積直接相關,也就是說球體的質量與半徑立方成正比,而萬有引力的大小僅與半徑之和(兩球體質心間的距離)的平方成反比。就也就意味著當我們減小球體的半徑時,其質量減小的程度,要明顯快於質心距離減小的程度,所以萬有引力不增反降。

如果我們再將球體的尺度放小,使之變為原子甚至更小的微觀粒子,那麼把它們靠近,其引力是否就無窮大了,估計又要讓你失望了。一方面,再小的微觀粒子,其體積也不是無限小,我們幾乎不可能實現兩個微觀粒子質心的重疊,它們之間總會有一定的距離,而且在微觀層面,這些粒子的質量非常小,因此萬有引力的數值也非常微弱。另外一方面,在微觀層面,粒子間的相互作用力,是以強核力、弱核力以及電磁力佔據主導的世界,拿強核力來說,兩個微觀粒子間的作用效果,在相同條件下,要比萬有引力數值大10^39倍,引力幾乎可以忽略不計。

除此之外,有些朋友或許還會想到另外一種方案,那就是提高物體的密度,使之在體積減小的情況下,質量並不會發生減小,這樣可以保障物體間萬有引力的提升。在這種想法之下,就會出現一個極端的情況,那就是使物體在空間上的體積完全壓縮到質心之上,形成一個體積無限小的結構,那麼在這樣的情況下物體的半徑就會趨向於無限小,兩個這樣的物體如果彼此靠近,萬有引力就可能變得無限大。

說到這,大家估計都會想到一種天體結構,那就是黑洞。按照愛因斯坦廣義相對論,有質量的物體會使周圍的時空產生彎曲,當這種彎曲程序達到一定極限時,就會使光線都無法逃脫,只能沿著這種極度彎曲的測地線圍繞黑洞的奇點運行。然而,即使是黑洞的事件視界之內,它所造成的時空彎曲程度也是有限度的,並非是無限曲率,因此掉入黑洞的物體,它所受到的引力也不可能達到無限大,只是無法再逃脫出來了而已。

綜合以上的分析,我們可以看出,無論是在宏觀世界還是微觀世界,兩個物體之間的引力不可能會達到無窮大的地步。特別是在微觀領域,萬有引力的作用效果並不明顯,甚至可以忽略不計。

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  • 根據引力公式,兩個物體之間的距離趨近於零,引力就會無窮大嗎?
    我再舉一個比較常見的例子,一個普通的曲別針,是會在引力的作用下,落到地上面上的,而施力的則是整個地球。如果,這個時候你拿一個磁鐵去吸引曲別針,你就會發現,一下子就吸引起來了,而吸引曲別針的僅僅就是塊磁鐵。也就是說,整個地球對於曲別針的引力還沒有一塊磁鐵對於曲別針的電磁力來得大。因此,談及引力,就不得不注意到引力常數G。最早是由卡文迪許測出來的。
  • 兩個物體之間距離無限趨零,引力就該無窮大啊,總覺得有什麼不對呢?
    有人問:按照萬有引力公式,兩個物體之間的距離如果無限趨近於零,它們之間的引力就會無窮大,對不對?怎麼感覺有些不對勁呢?你可能已經高興得笑出了聲,終於抓到世界上有史以來最偉大科學家的把柄了,我把兩個玻璃珠緊緊靠在一起,它們的距離已經為零了,它們的引力不就無窮大了嗎?為什麼事實上不是這樣?牛老爺子起來遛兩步? 放心,牛老爺子的棺材板不是那麼容易掀翻的。萬有引力定律說的是兩個質點之間,引力與質量成正比,與距離的平方成反比。
  • 根據萬有引力公式,距離為零的兩個物體引力會無窮大嗎?
    根據萬有引力定律,如果兩個物理之間的距離無限趨近於零,那麼引力就會無窮大嗎?對於萬有引力定律,大部分朋友應該非常熟悉,兩個天體之間的引力和它們的質量成正比,與它們之間距離的平方成反比,用公式表示如下:其實各位應該早有這個疑問了,因為與天體之間距離的平方成反比,假如兩個天體之間的距離為0,那麼引力是不是就無窮大了呢?我們應該如何來理解這個公式呢?
  • 根據萬有引力定律,兩物體如果無限接近,引力就會無限大嗎?
    如果只是孤立地看牛頓的萬有引力定律,確實我們能發現,引力與物體質量成正比,與距離的平方宸哥反比,也就是說,如果兩個物體能做到距離無限小,引力應該無限大! 但事實上並不是這樣!因為自然界裡不僅僅有引力,還有強力,弱力和電磁力,而我們每天都能感受到的引力其實是四種力中最弱的力!
  • 黑洞引力雖大,有什麼斥力能與之平衡?斥力與基本粒子有關係嗎?
    根據萬有引力公式,不同的物體可以相互吸引。當引力大於物體的動能時,各種物體就會凝聚成團,形成各種天體。隨著天體的收縮,其內部溫度會逐漸升高。當達到數千萬度時,就會產生核聚變,對外輻射能量,成為普通的恆星。此時,支撐恆星避免進一步塌縮的,是各種輕原子的熱運動。
  • 《趨近於零》高入雲個展|APPROACHING ZERO
    M藝術空間非常榮幸地呈現青年藝術家高入雲的首度個展——《趨近於零
  • 如果自由落體的距離無限,物體的速度有可能達到光速嗎?
    所以我們知道,在地球萬有引力的作用下,物體無論在哪種情況下都會受到重力作用。而當一個物體只受到重力作用時,我們把這種運動稱為自由落體運動。根據牛頓第二定律,物體的加速度等於它受到的力相加除於它的質量。因為自由落體的物體忽略空氣阻力的影響,它只受到一個重力作用。而物體的重力等於地球的萬有引力常數G稱上自身的質量。這樣一來,兩個公式中的質量被約去了。
  • 如果引力不是一種力,那麼它如何使物體加速的?
    質量與質量之間不會遠距離相吸。這其實是時空的扭曲。只有將力作用於物體,物體才會加速,否則,它們就應保持常速。我在網上找到的一些解釋認為引力始終一致,在其想像試驗中,一個站在地球上的人與一個坐在火箭裡「被加速」遨遊太空的人感受到同樣大小的引力。我能理解為什麼這些狀況下引力是相同的,但如何解釋一塊磚從一幢建築物上掉落時,其加速度為9.8 m/s^2 ?
  • 為什麼說引力是「無限範圍力」?如果引力速度無限,會發生什麼?
    ——牛頓我們都知道引力和電磁力屬於長程力,意思就是說作用範圍很遠,那麼如果宇宙是無限的,在138億年歷史的宇宙中,引力和電磁力目前的範圍是多少?如果引力的速度沒有限制,會發生什麼?首先說下我們對引力和電磁力地了解。上圖就是有關靜電力和引力的方程,我們現在不用考慮力的大小和方向,只看方程中的r^2!
  • 2018年中國房價上漲趨近於零,社科院:這是大概率事件!
    由此,小編認為,目前的種種跡象表明,在調控高壓之下,熱點城市恐慌性搶房與投機炒房的現象正在從樓市消息,買賣雙方均趨向理性;因此,預計未來整體房價上漲空間趨近於零,也許離實現人人住有所居已經沒有多久了。如果把社科院的數據與統計局的數據擺在一起來看,可以發現兩者口徑基本一致。這些數據都在告訴我們一個事實,那就是一二線熱點城市的樓市在調控政策趨緊的背景下,房地產市場不斷降溫,今年還未統計的11月、12月以及明年房價保持穩中有降的趨勢將是大概率事件。  雖然當前很多三四線城市樓市呈現火爆的局面,但是歸根結底整體樓市的走向還是看熱點一二線城市。
  • 時間和空間是連續的麼,是可以無限分割的麼?
    然而根據波數與能量的關係,如果存在一個波長為0的光子,那麼它的能量以及能量密度就是無窮大。物理學家總希望公式是自洽的——如果公式允許出現一個不合理的東西,那公式可能就出了問題。為了解決這個矛盾,有人就認為,由於時空之不連續,波長會存在一個最小值,從而避免出現能量無窮大的問題。還有一些理論從量子電動力學出發,也認為會存在波長的最小值。進而認為這個最小值是空間本身性質造成的。從而自然推出時間離散。
  • 兩個物體靠很近,根據萬有引力公式,引力會非常大嗎?
    牛頓萬有引力公式F=GMm/r中,萬有引力與兩物體質量乘積成正比,與兩物體的距離的平方成反比。的確兩物體的距離越小,引力越大。但這個距離不可能等於零,因為兩物體的距離指的是兩物體重心的距離,換句話說是中(重)心距,而非表面距離。
  • 周杰倫為什麼那麼賺錢,做邊際成本趨近於零的事
    多賺錢,就是使收入與成本的差額最大化,那麼,賺錢最重要的兩項活動,就是擴大收入,減少成本,但是,要想得到更多的收入,往往就需要付出同樣的成本。過去人們常說:一分耕耘一分收穫,那現實中,有沒有一分耕耘十分收穫的行業和機會呢?
  • 一個厚度無限接近於0,長度無限大的鐵片可不可以飄在水面上?
    理由如下:如果你說是無限長的鐵絲,那麼只要一釐米長的能夠漂浮,那麼無限長的也都可以。但無論再怎麼薄... 想說,這個問題本身就是不嚴謹的。理由如下:如果你說是無限長的鐵絲,那麼只要一釐米長的能夠漂浮,那麼無限長的也都可以。但無論再怎麼薄,只要是鐵片,它的密度都是比水大的。
  • 地球引力能夠吸住40萬公裡距離的月亮 怎麼人感覺不到引力呢?
    有人認為,地球既然能夠吸引住那麼大那麼遠的月亮,按道理就能夠把人吸死了。有一個人就問了這樣的問題:星球之間的引力大到足可以俘虜另一顆星球,但地球的引力為何沒把人給吸死?時空通訊的回答是,地球引力完全可以把人吸死,如果某個傻蛋在10米高處向天上一躍,企圖飛到天上去,但會事與願違,啪唧掉在地上,摔個稀巴爛,一命嗚呼。這不就是地球引力把人吸死了嗎?引力是超長力,又是弱力。超長力是說引力影響範圍很大很遠,理論上引力可以無限遠。
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    地球表面的重力加速度g=9.8m/s^2,地球引力和宇宙中其他天體比起來,就是小巫見大巫;但是在人類世界中,人類文明用了幾千年的時間,才擁有了掙脫地球引力的能力。但是引力有兩個特點,一是作用距離無限遠,二是只有吸引作用。
  • 如果光線沒有質量,為何它會被引力影響?
    當質量大的天體快速運動時,光線運動路徑是天體運動路徑的極限。但是,當運動速度達到極限時,天體質量就會變成零,以保持能量守恆。重力是由能量而非靜止質量決定的。光和物體中的能量正是吸引其他天體運動的幕後之手(當然,來自各種地方的動量、力量和壓力也起著次要作用)。如果你往一個箱子上照一束光,反射到鏡子上,根據能量,它與其他任何事物一樣受引力吸引。
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    而在太空中,人造衛星也都是受到地球引力作用而環繞地球運動,即便是遠在38萬公裡之外的月球也不例外。那麼,需要在距離地球多遠的地方,才不會有地球引力呢? 關於這個問題,需要知道引力的產生機制,以及引力的作用範圍。
  • 無限逼近絕對零度時,分子還會動嗎?
    若是溫度進一步降低,無限趨近於絕對零度時分子做熱運動時的動能會不會就趨近於零了?熱力學第三定律不允許通過有限的過程將一個物體的溫度降低到絕對零度,自然也就無從通過實驗看一下絕對零度時分子是否還在做熱運動。
  • 無限逼近絕對零度時,分子還會動嗎?
    若是溫度進一步降低,無限趨近於絕對零度時分子做熱運動時的動能會不會就趨近於零了?熱力學第三定律不允許通過有限的過程將一個物體的溫度降低到絕對零度,自然也就無從通過實驗看一下絕對零度時分子是否還在做熱運動。絕對零度雖然達不到,科學家們早已能夠通過不同的方法將物體的溫度降低到千分之一開以下。分子熱運動時的動能並沒有因溫度趨近於零而趨近於零。