根據能量守恆定律,地心引力來自哪裡?物質又是怎麼來的?

2020-12-04 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?

相關焦點

  • 愛因斯坦創立了質能守恆定律,那創造物質的能量到底從哪來的?
    所謂的質能守恆定律就是質量守恆定律和能量守恆定律的統稱,主要是指在一個孤立的系統內,任何物質的質量和能量不管發生什麼反應,它們的總量是不變的,如果理解這個定律呢?木材燃燒沒有改變自然總質量根據質能守恆定律,木塊消失的部分通過燃燒轉化成為二氧化碳、固體顆粒、氮氧化物、一氧化碳、液體粒子、氣體混合物等物質,同時木材燃燒產生的光和熱也會損失一部分質量,因為這個過程質量轉化成了能量,從單獨個體來看,木材的質量是損失了,但是從自然界來看,它沒有損失任何質量,只不過是在自然界這個獨立的系統中
  • 根據質能守恆,引力來自質量?質量來自能量,請問能量來自哪裡?
    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?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。
  • 4123.物質能量轉化守恆定律
    2018.11.19世界是物質的,物質存在各種形態,光子形態是其中之一。所以,原子和光子之間可以相互轉化,光子和電子之間可以相互轉化,質量不變,是為物質能量轉化守恆定律。物質能量轉化守恆定律告訴我們:能量不會憑空產生,或者由電子聚變形成,或者由原子裂變形成,或者隱藏在其他物質形態之中。
  • 如果化學反應後質量和粒子數守恆,那能量來自哪裡?
    其實在化學反應中質量不守恆。質量守恆已經是錯誤、過時的概念首先要澄清的是,宇宙的基本守恆定律是質能守恆定律而不是質量守恆定律。這意味著在封閉的系統中,反應前的總質量和總能量等於反應後的總質量和總能量。根據愛因斯坦著名的方程E=mc^2,質量可以轉化為能量,能量可以轉化為質量。現在看來這並不是什麼奇特的過程,但事實上每次反應都會發生這個過程。
  • 怎樣簡單地理解,暗能量的能量從哪裡來
    在球運動過程中的任何一個點上,動能+勢能的總能量總是保持不變的。一個封閉的系統,或者一個不能從外部獲得或失去能量的系統,這個系統就是一個完美的能量守恆定律系統!例如,地球本身就不是一個封閉的系統。地球會接受來自整個宇宙的光和能量,尤其是來自太陽的能量,並將自身的能量輻射到太空中。
  • 既然物質守恆,那最初的物質是哪來的?
    我們知道物質一開始是和反物質成對出現的!解決物質怎麼來的,也就是解決以下幾個問題:例如:宇宙的起源,正反物質不對稱問題,是否存在違反重子數守恆的相互作用,以及存在更多的粒子違反CP對稱的問題。後面這兩個問題主要說的是標準模型目前還不完善,也就是說目前還存在我們沒有發現的粒子,來解釋宇宙的一些現象。
  • 經典力學:能量轉化與守恆定律
    能量守恆定律告訴我們,各種形式的能是可以相互轉化的,在所有這些轉化的過程中,能量都是守恆的。以焦耳的實驗為基礎的熱力學第一定律,實際上就是內能與其他能量發生轉化時的能量守恆定律。能量守恆定律的結果是,第一類永久運動機器不能存在(這種機器不消耗任何能量,卻可以源源不斷的對外做功)。
  • 宇宙中最初的物質由哪裡而來?大爆炸理論能否解釋物質守恆定律?
    N億年後,物質星系全部死亡,宇宙中僅剩下黑洞(暗星系)和暗能量,所以,質量,能量和虛空組成的不可分割的三位一體既是舊物質死亡的墓地,又是新物質誕生的搖籃,當數以百億計的黑洞暗星系,在強大的引力作用下,以雷霆萬鈞之力收縮,並在爆炸點碰撞時,質量和能量相互作用再次誕生出新的物質宇宙,於是宇宙在有物質的宇宙和沒有物質的宇宙之間永恆循環往復。
  • 如果永動機不存在,地球一直自轉的能量,究竟來自於哪裡?
    如果永動機不存在,地球一直自轉的能量,究竟來自於哪裡?回溯人類的歷史,誕生無數偉大的發明家,他們為世人留下寶貴的財富。例如萊特兄弟發明的飛機、愛迪生發明的電燈等等,都為現代社會造福。說起永動機,這是人類臆想中的產物,它無需靠外力的介入,就可以永久的轉動,只需一個初始的能量,就能持續做功。從物理學來說,能量守恆定律和熱力學定律都有限制,永動機是根本不存在的。很多人心中都感到困惑,既然永動機根本不存在。為什麼地球會一直自轉?它的能量究竟來源於哪裡呢?這個問題其實扯得較遠。如果永動機不存在,地球一直自轉的能量,究竟來自於哪裡?
  • 愛因斯坦告訴我們質能是守恆的,那麼創造物質的能量是哪來的?
    「物質永恆不滅」,相信大家應該聽到過這個說法,但事實上世間萬物焉有不滅的道理,春去秋來,生老病死,萬物都在不斷變化,物質怎麼可能會不滅呢?難道是從哲學上來理解?物質是由什麼組成的?古希臘唯物主義哲學家留基伯認為,萬物是由原子組成的,他是最早提出原子論的哲學家。
  • 物質轉化能量很容易,為何能量轉化為物質卻很難?這裡告訴你原因
    大家以為愛因斯坦老了,變糊塗了,不然如此簡單的數學公式都會算錯,其實愛因斯坦沒有錯,錯的是我們,我們一直以傳統思維去看待這個公式,而不是用發散思維去看待,如果使用發散思維去看待這個公式的話,你會發現這個公式不僅沒有錯,而且深刻的揭示自然界中存在的一個基本規律,這個規律就是著名的質能守恆定律,所謂質能守恆定律就是在一個獨立的系統中,裡面的物質不管發生什麼反應,不管是物理變化還是化學變化,獨立系統的總質量和總能量都不會改變
  • 能量為何會守恆?
    未子 知道能量守恆定律的人很多,即使是不學物理而對能量概念說不出所以然的人,也都會知道人類是在物理學研究的過程中發現了所謂的能量守恆定律。雖然說不清所謂「能量究竟為何物」的基本問題,雖然不知道所謂「能量守恆定律究竟是如何表述」的物理學科問題,但卻明確而知道所謂的「守恆」之含義就是「既不會增加、也不會減少」而「保持不變」。一直以來一個問題縈繞於腦海而揮之不去,即:如果「能量」是一種好東西,那麼越來越多該有多好呢?如果「能量」是個壞東西,那麼越來越少才稱心呀?
  • 量子信息不守恆定律與信息量子熱力學
    偉大的馬克思主義者說:世界是物質的,物質是運動的,運動是有規律的,規律是可知的,可知是可表達的,表達是可計算的,計算是數字的,數字是比特的,比特是量子的,量子是糾纏的,糾纏是一體的,一體就是世界整體的!由此可見世界本身是一分為二,二分為三,三生萬物,萬物合三,合三為二,合二為一!現代自然科學家認為:世界是由物質材料、能量資源和信息要素共同構成的。
  • 能量來自於哪裡?
    永動機是人們想像中的一種神奇的機器,它不需要外力的介入或者是只需要一個初始的能量,就可以持續不斷地做功,然而現在的我們都知道,由於能量守恆定律和熱力學定律的限制,這種永動機是不可能存在的。
  • 【物理講堂】電荷及電荷守恆定律
    1.這些電荷是哪裡來的?物質的微觀結構是怎樣的?摩擦起電的原因是什麼?2.什麼是自由電子,金屬成為導體的原因是什麼?3.除了摩擦起電,還有其它方法可以使物體帶電嗎?答案:1.來自原子內部; 物質由原子組成,而原子則由原子核(質子和中子)和核外電子構成;不同物質的原子核束縛電子的能力不同。
  • 能量既然不能憑空產生,那生成宇宙的能量來自哪裡
    宇宙中的能量最初是從哪來的?根據能量守恆定律,我們知道能量不會憑空消失,也不會憑空產生,它只能從一種形式轉化為另一種形式,或者從一個物體轉移到另一個物體,能量的總量是不會變的。 能量是什麼?其本質在物理上的意義是四維空間度量的一個物理量,就好比三維空間度量的物理量--動量,或二維空間度量的物理量--質量等。
  • 地球自轉了45億年,能量來自哪裡?為何一直停不下來?
    能量來自哪裡?首先我們說下能量來自哪裡這裡說的能量肯定指的是動能或角動量,那麼最初的角動量哪裡來的?我們都知道在銀河系中有很多活躍的恆星形成區域。而我們的太陽肯定也是眾多恆星形成區域中不起眼的一部分。上圖就是我們的銀河系,再眾多旋臂上的亮點都是恆星形成區域,當然星系中心肯定是最活躍的,因為那裡的引力擾動比較大!
  • 守恆定律巧解較為複雜的計算題
    .它貫穿整個中學化學的教學,也是中考及高考的必考內容之一,每年的中考或是高考中都會有相應的選擇題或是非選擇題直接考查質量守恆定律.本文用一道計算型選擇題來解析原子數目守恆在中、高考化學試題中的應用.方法2 原子數目守恆法(即質量守恆定律的應用),即利用反應前後元素種類、原子數目不發生改變來解決問題.可以這樣來分析本題,因為本題提出的問題是用CO還原混合物得到鐵的質量,也就是原混合物中鐵元素的質量,因而可以根據鐵及鐵的氧化物溶於鹽酸而得到的溶液中原子數目守恆而進行問題解決.
  • 經典力學:機械能守恆定律
    二、機械能守恆定律1.內容在只有重力或彈力做功的物體系統內,動能與勢能可以互相轉化,而總的機械能保持不變。等號左側為物體在初位置的機械能,等號右側為末位置的機械能,上式即為機械能守恆定律的表達式。在實際應用中,機械能守恆定律的表達式一般寫為mgh1+1/2mv12=mgh2+1/2mv22。另外,機械能守恆定律的表達式還可寫作ΔEk=-ΔEp,即系統動能的增加量等於勢能的減少量。
  • 我的世界:MC也有守恆定律,主世界面積為何不能擴大,原因在這
    物質可以隨意轉換或壓縮,方塊可以無限地填充。在這個不科學的世界,很多東西都不復存在。實際上,MC也有守恆定律。或許有玩家可能會大喊一聲What!這究竟是怎麼回事呢?在MC當中,由於物質可以無限地生成,因此質量守恆定律也就不成立。至於能量轉換方面,也沒有足夠的證據能證明其成立,在原版的世界當中,無非就是光能、化學能、內能、機械能等。