引力是無處不在天生的四種基本力之一

2021-01-15 時空通訊

一直有人對引力的本質有懷疑,弄不清引力場是怎麼回事,是物體本身存在的還是空間存在的;還有人認為既然這個世界不存在永動機,為什麼會產生引力呢?其實引力不是「產生」的,而是這個世界本身就存在的,是四種基本作用力之一。

引力是質量引起,是物質的本質屬性。引力大小與相互作用物體質量乘積成正比,與它們的距離平方成反比。

計算引力的公式為:F=(G×M1×M2)/R2

其中:F為兩個物體之間的引力,G為萬有引力常量,M1為物體1的質量,M2:為物體2的質量,R:為兩個物體之間的距離。

這是物質本身的性質,凡有質量的物體都有引力。引力是這個世界上存在的四種基本力之一,是長程力,理論上引力相互作用力為無限遠。

但引力又是弱力,是四種基本作用力裡面最弱的力,這表現在幾個顯而易見的方面:

一是小質量物體的引力很小,很難感覺到。比如我們生活中人與人之間,人與一張桌子一棟房子之間,你能感到引力嗎?

雖然質量小的物質引力難以覺察和度量,但確實存在。分子、粒子之間都有引力,恆星就是分子雲在自身萬有引力作用下凝聚坍縮形成的。

還有相互作用的物體距離越遠引力就越弱,隨著距離增加減小得很快,所以無限遠只是理論上的,遠了就幾乎沒有影響了。

一般來說,天體引力的影響範圍一般以希爾球半徑來衡量。

希爾球半徑計算公式為:

其中r為希爾球半徑值,m為次要天體(例如地球),M為被次要環繞的主要天體(例如太陽),a為軌道半長軸。

從這個公式我們可以看出,一個天體的引力是受多方面影響的,地球引力影響範圍受到太陽的引力影響。

根據這個公式計算,地球的希爾球半徑為150萬公裡,離開地球150萬公裡,地球引力影響就可以忽略不計了,太陽的引力影響就更大了。

那麼引力的本質是什麼呢?愛因斯坦廣義相對論給出了答案,這就是質量對時空的擾動。

廣義相對論認為,任何有質量的物體都會對周圍時空造成幹擾,質量越大幹擾就越大。具體的表現就是大質量天體扭曲周圍時空,形成引力漩渦或叫引力陷阱,相對較小的物體經過這個陷阱範圍時,就會被這個陷阱捕捉,並順著這個漩渦曲線向其靠近,最終掉在這個大質量天體上。

這種引力擾動連光線也被影響,比如星光的光線經過太陽附近時也會被彎曲,順著引力導致的時空漩渦曲線經過。這是時空彎曲理論被證實的一個最重要的證據。

要逃脫大質量天體的引力漩渦,只有一個辦法,這就是速度。只有相應的速度才能使小質量物體逃脫引力的魔掌,這樣就誕生了地球上三個宇宙速度。

這三個宇宙速度是與地球引力抗衡以及在地球這個地方逃脫太陽引力的速度。

第一宇宙速度是環繞速度,就是在地球上發射太空飛行器,達到每秒7.9公裡,就能夠與地球引力平衡,飛上太空環繞地球飛行,不會被地球引力拉下來,但也逃脫不了地球引力;

第二宇宙速度是脫離速度,也是地球的逃逸速度,每秒鐘達到11.2公裡,就能脫離地球引力,飛往太陽系其他行星;

第三宇宙速度是逃逸速度,這個逃逸速度是在地球位置逃脫太陽引力的速度,每秒鐘達到16.7公裡,就能夠飛出太陽系。

任何天體都有逃逸速度,也就是相當地球的第二宇宙速度,其計算公式是一樣的(略)。

如果在太陽表面,逃逸速度為617.7公裡。前面說了引力大小與距離平方成反比,地球距離太陽1.5億公裡,引力就衰減了這麼多,就是例證。

這就是引力的基本原理。

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