萬有引力定律描述的是兩個點質量之間的彼此感化,在經典力學傍邊不存在絕對的點質量,所以兩個物體無限接近時,引力并不會無限大,可是在相對論力學傍邊存在破例。
牛頓在300年前創立經典力學,經典力學的根本包羅牛頓三大活動定律和萬有引力定律,經典力學可謂同一了天上地下的一切。
我們從萬有引力定律出發,有人可能會發現,萬有引力定律的分母是距離的二次方,那么當距離足夠小時,萬有引力似乎變得無限大。于是某些人高呼,我終于抓住了牛頓大神的把柄,要把他叫起來堅持。
然而牛頓比您伶俐上百倍,這點小手法牛頓都不屑理您;若是對上面的問題想不通,只能說您連萬有引力定律都沒看懂。
萬有引力定律:肆意兩個質點經由過程連心線偏向上的引力彼此吸引,該引力巨細與它們的質量乘積當作正比,與距離的平方當作反比;數學公式為F=GMm/r^2,此中G=6.672×10-11N·m^2/kg^2。
這句話傍邊的關頭詞是“質點”,質點是一個抱負化模子,質點有質量可是半徑為零,我們來考慮幾個現實問題。
一、兩個鐵球靠在一路
現實傍邊的鐵球存在半徑,質心不成能無限接近,好比兩個10千克的實心鐵球,直徑大約是0.134米,哪怕兩個鐵球完全接觸在一路,您計較出來的萬有引力也長短常很是小的,因為萬有引力常數G其實太小了。
二、鐵球半徑不竭縮小
有人可能會繼續想了,若是兩個鐵球也縮小了,這樣它們的質心就無限接近,萬有引力是不是無限大了呢?
當然不是!您要知道對于鐵球來說,體積與半徑的三次方當作正比,所以質量也是與半徑的三次方當作正比的。您的兩個鐵球半徑縮小為本來的一半,那么萬有引力公式分母將縮小為四分之一,可是分子上的質量乘積將會縮小為64分之一,所以分母不成能縮小得比分子快,這個模子下萬有引力不成能呈現無限大。
三、原子間的萬有引力
按照鐵球模子,我們就能知道原子間的萬有引力不會無限大,但仍是要提一點的是,微不雅宿世界中強力、電磁力和弱力其本家兒導感化,好比電磁力的強度是萬有引力的10^38倍,所以微不雅宿世界中的萬有引力完全可以忽略失落。
四、一個龐大物體的質心處
我們還不死心,再來想象當此中一個物體的質心是空心的,然后兩個物體的質心重疊會怎么樣?
最簡單的例子,就是我們挖一條地道到地心處(假設行得通),然后人的質心和地球質心重疊,那么我們受到的地球引力會無限大的嗎?
當然不會,在地心處的引力反而會減小為零,因為我們操縱萬有引力定律和微積分常識,可以很輕易獲得這么一個有趣的結論:就是對于一個質量分布平均的物體,其內部的萬有引力巨細,等于物體地點半徑處內部物質的引力,而所處半徑外部的物質,其擺布兩個的引力剛好完全抵消了。
于是,地球引力場分布其實是下面的環境,在地球概況的引力是最強的。
五、黑洞奇點
在經典力學的框架下,您不成能獲得引力無限大的環境;此時愛因斯坦進場了,愛因斯坦把時候和空間折騰了個遍,最后獲得赫赫有名的廣義相對論,在廣義相對論中,就描述了一個半徑無限小的黑洞奇點。若是按照廣義相對論對黑洞的描述,那么黑洞奇點處的引力確實是無限大的。
愛因斯坦說:牛頓啊,要不要出來走兩步!
牛頓:算了,這是您的本家兒場,我仍是繼續睡吧!
現實上,對于任何物體,您要您把體積縮小到必然水平,這個物體就會釀成黑洞,好比把地球的半徑壓縮到9毫米;或者把一小我壓縮當作直徑10^-26米的小球,這比一個電子直徑還要小十億倍呢!
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