地球的引力從哪裡來?

題目：

地球的引力從哪裡來?

解答：

貌似有點複雜 引力產生的原因： 【第一種解釋】 空間 引力扭曲空間,也可以說是膨脹使空間扭曲. 牛頓被蘋果砸到,換一種說法 牛頓撞到了蘋果. 用於宇宙在不斷膨脹,可是爲什麼我們沒粘在一起呢?空間,空間存在壓力使我們不會粘在一起. 這就是爲什麼2個物質靠近,還會產生斥力的原因. 在太空加速運動的飛船理你會感到重力. 在墜落的電梯你感覺不到重力. 但是還有一點,我們在宇宙中,而且我們還是人類,我們無法高於人類的思想以令一種形式看我們的這個宇宙.一切都在發現,一切都在探索,永遠沒有止境. 引力是什麼?茫茫宇宙由無數個星系、星體組成,這些天體沿著各自的軌道秩序井然地運轉,組成一個和諧的宇宙大家庭,是什麼神奇的力量把這些天體組合在一起的呢?人們認爲是引力.然而引力的實質是什麼呢? 早在1679年,著名科學家牛頓提出了萬有引力定律,認爲天體間因有質量而有引力,並且發現了引力對一切物體的作用性質都是相同的.例如,當地球引力把任何一個物體吸引到地面時,其加速度是9．8米／秒』.很顯然,牛頓所提出的引力,實際上就是重力.但是引力是如何實現的呢?它的作用機制是什麼?萬有引力定律不能解答. 引力與電力有相似之處,如二力均與物體間距離的平方成反比,與兩物體所帶力荷(引力是質量,電力是電荷)的乘積成正比.但二力的比例係數相差懸殊,電力遠遠大於引力.例如,在氫原子中,原子核與電子間的電吸引力是它們間引力的 1040倍!二力間還存在一些其他的差別,如(兩物質的)同性電荷間存在相互排斥力,異性電荷間存在吸引力,而萬有引力卻總是吸引力. 1916年愛因斯坦廣義相對論的問世,提出了嶄新的引力場理論.他認爲由引力造成的加速度,可以同由其他力造成的加速度區分開來.這個命題就是愛因斯坦的等價原理,即一個加速系統與一個引力場等效.我們設想,一個人在遠離地球的太空中乘一架升降機上升,上升的加速度爲9.8米／秒·平方,由於速度變化產生了阻力,這個人雙腳會緊緊壓在升降機的底板上,就像升降機停在地球表面上不動一樣,但無法說明他所受到的是引力還是慣性.因此,牛頓所說的萬有引力,在愛因斯坦看來,根本不是什麼引力,而是時空的一種屬性.在這種成曲線的四維時空連續體中,根本不需引力．天體是按自己應有的曲線軌道運行的. 1918年愛因斯坦根據引力場理論預言有引力波存在.他認爲高速運動著(加速運動)的物質會輻射引力,引力波就是這種引力的載體,就像光波是電磁力的載體一樣.引力波的速度與真空中的光速相同.例如,在太陽和地球之間就是靠引力波傳遞引力子而實現相互作用的.因此,引力波存在與否,是廣義相對論的又一個關鍵性驗證.引力波非常微弱.據計算,用一根長20米、直徑1.6米、重500噸的圓棒,以28轉／秒的轉速繞中心轉動,所產生的引力波功率只有2.2× 10的負29次方瓦；一次17000噸級核爆炸,在距中心10米處的引力波充其量也只有10的負16次方瓦／厘米·平方.因此,引力波在目前還無法直接測量. 按照愛因斯坦的理論,自然界也應存在引力波,正如電荷的運動會產生電磁波一樣,物體的運動也會產生引力波,引力波的傳播速度爲光速.這是電力與引力間又一個重要的相似特性.但只有宇宙中具有巨大質量(幾倍於太陽質量)的運動天體才可能產生強烈的引力波. 最早動手檢測引力波的是美國馬里蘭大學的物理學家韋伯博士.60年代他建立了世界上第一套引力波檢測裝置：一根長153厘米、直徑61厘米、重約1.3噸的圓柱形鋁棒——後人稱之爲韋伯杆,橫搭在由兩個鐵柱子支著的鋼絲上.鋁杆質量雖大,鋼絲卻幾乎無絲毫振動.韋伯推測,鋁杆若能接收到來自太空的一束強引力波,就會擺動起來,但擺動很可能是很輕微的,他估計擺動幅度可能只有原子核直徑(10的負15次方米)那麼大,附近卡車開過等引起的地面震動均可能導致韋伯杆產生如此幅度的振動.爲確認檢測的確實是引力波,他還在 1000公里之外的芝加哥阿崗國家實驗室安裝了一個類似的儀器.他想,假如有一個引力波掃過整個太陽系的話,則兩個儀器都會同時作出同樣的反應.1969年6月,他宣布檢測到了引力波.但後來科學家用更精確的儀器再也未檢測到,現在一般認爲,韋伯的實驗結果有誤. 韋伯檢測器工作在室溫(27℃左右)環境,由於受分子熱運動噪聲的限制,最高靈敏度只能達10的負16次方量級,用來檢測引力波尚不可能. 1974年美國人泰勒領導的實驗小組,用射電望遠鏡對天空掃描,發現了離地球15000光年的一顆脈衝星發出的脈衝信號,又經過近4年的觀測,間接證實了引力波的存在.脈衝星是急速旋轉的中子星,它是一個內部停止了核燃燒而被壓得極端緊密的恆星體.它與另一個中子星一起相互繞轉,構成一個雙星體系.按照愛因斯坦的理論,這個雙星體系應能發射引力波,從而帶走一些能量,使雙星軌道慢慢縮小,周期慢慢變短.這些變化儘管都很微小,卻可以從它們發出的脈衝信號到達地球的時間精確計算出來.4年的觀測表明：雙星軌道周期總共減少了萬分之四秒.這個結果恰好與愛因斯坦的理論相符.這是人類第一次間接證實了引力波的存在.但是,這畢竟是間接證明,還不能由此得出引力波真實存在的結論. 70年代中期到80年代中期,出現了工作在低溫條件下的第二代引力波檢測器(韋伯檢測器爲第一代).如美國史丹福大學建成了低溫引力波天線裝置：天線是圓柱形的鋁棒,長3米,重4.8噸,工作在液氮溫區,靈敏度達5×10的負19次方,能檢測出振幅爲1.5×10的負16次方厘米即約千分之一原子核半徑或者一百萬億分之一頭髮直徑的振動.日本東京大學平川諾平教授的引力波檢測工作也令人耳目一新.其衆多實驗均以頻率爲千赫量級的高頻引力波爲檢測對象,這是與科學家迄今所知道的最強天體引力波源相對應的.平川則創製了一種共振低頻引力檢測器(方形或扭擺型天線),明確以蟹狀星雲中的高速自轉脈衝中子星NP0531+21爲檢測對象,該星自轉周期爲33毫秒,所發引力波到達地面的強度約爲10的負27次方量級.平川的引力波檢測器分別設立在東京和筑波科學城,經在低溫條件下的長時間積累,靈敏度已達10的負25次方. 在進入20世紀80年代之後,前蘇聯科學家烏恰耶夫又提出了「中微子引力論」. 傳統理論認爲,中微子不帶電荷,無靜止質量,它以光速運動,幾乎不與物質發生作用,可以順利穿過地球.但是近年來發現中微子還是有靜止質量的,不過其質量極小,約10的負32次方克.科學上發現的中微子實際上有三類：電子類、μ介子類和,介子類.例如,在太陽核聚變反應中輻射的是電子類中微子,它們在到達地球前某個時候就已經變成了μ介子類或,介子類中微子了.如果一類中微子能變成另一類,它們就必須具有一定的質量了.有質量就可能對物體造成衝力.烏恰耶夫以「中微子氣」代替引力波,認爲在充滿宇宙間的中微子氣中,中微子以亞光速進行著雜亂無章的運動,其中一部分總是要被天體吸收的,結果每一天體都獲得一種「脈衝力」,此脈衝力大小等於其吸收的中微子質量與其速度乘積.在日地系統中,地球向日面承受的中微子流比背日面要弱,由此產生的脈衝力恰好抵消地球繞太陽運動的離心力.宇宙間各天體運動都可以如此解釋.在這裡根本不需要吸引之力.當然,這個理論只是一種探討,並無實驗事實作依據.不過由於中微子在宇宙演化過程中起著重要作用,對它的認識還有待進一步深化.因此,烏恰耶夫的說法或許是有一定道理的.那麼,引力的本質到底是什麼?是重力,引力波,還是中微子? 現在,科學家又在改進檢測器或創製新的檢測器,以求檢測到引力波.例如,美國計劃分別在東西兩岸建立臂長爲3.2公里的雷射檢測器,經多次反射,總光程可達100公里,其靈敏度估計可達10的負21次方.前蘇聯科學家提出,引力既然能使空間彎曲,引力波將使空間彎曲程度發生改變,由是,電磁場就會因其存在空間的改變而改變,只要檢測到這種改變,就算檢測到了電磁波.我國科學家提出,引力波會使物質的超流態發生改變.羅馬尼亞學者則提出,引力波將使約瑟夫森結電流受到影響.這些效應均可用來檢測引力波. 【第二種解釋】 引力來源於彎曲 正是質量造成了空間的彎曲,而運動是沿著彎曲的空間進行的,這使得人們「以爲」是在受某種引力支配著.實際上不是引力,而是彎曲的空間.這就是「引力」產生的原理. 【第三種解釋】 愛因斯坦認爲萬有引力是物質的存在使時空發生彎曲所致.時空彎曲的理論很獨特,也很令人費解,物質的存在如何使時空發生彎曲?又如何產生引力?萬有引力來自哪裡,怎樣相互作用?成了自然之謎. 三百年來,有那麼多人探索萬有引力,而今的結論竟是這麼簡單——萬有引力就是質子與電子間電磁力的外延.爲什麼別人就沒有想到? 百年來肯定有不少學者首先就想到過這個原由,肯定提出過假說,但是提出這個新假說與學界奉行的電子云理論、自由電子理論相悖,而無數次被迅速地否定了. 百年來,學界認爲原子的核外電子是雜亂無章的電子云,而新假說是原子核吸引了電子,還有庫侖力外延,所有原子核的電磁力都延伸在外,吸引原子以外的電子.那豈不成了不可收拾的電子爭奪戰! 百年來,學界認爲金屬內瀰漫著自由電子,而新假說認爲萬有引力是原子核吸引了電子後還有庫侖力外延.這種力構成了地球的重力,吸引住了地球上的山川、河海、大象和人,那麼對自由電子的吸引更是輕而易舉.事實上臆想中的自由電子沒有受到萬有引力的制約,於是新假說就被就地否決了. 拋棄了核外電子無規律的電子云理論,拋棄了金屬內瀰漫著自由電子的理論,注意到核外電子有規律的運動,認識到核外電子都是在一定的能級軌道規律運轉.再來看萬有引力,它就這麼簡單! 萬有引力的存在也輔證了核外電子是規律有序的：萬有引力吸引著萬億噸的山川、海洋、高樓、大壩.那麼,吸引散漫輕小的電子云、吸引自由雜亂的自由電子應該是輕而易舉,然而事實是萬有引力對於如此輕小的電子沒有明顯的作爲,證明原子外的電子是各有歸屬的,不是散漫、自由的.那些電子云理論、自由電子理論是應該拋棄的. 大道至簡,大自然總是用最簡法則構成自身.在探索了物質核外電子有規律的運轉之後,再來看萬有引力,發現萬有引力的本源非常簡單：就是原子核對電子的吸引力——庫侖力,就是原子核（質子）與電子間電磁力的外延. 大家知道,原子是由原子核和繞核旋轉的核外電子組成,原子核（質子）帶正電荷,電子帶負電荷,正負電荷相互吸引才有這電子饒核高速旋轉. 原子核對電子的引力不會到了原子的邊緣嘎然而止,質子對電子的引力是沒有邊界的,遠遠地超出了原子、超出了物體之外,誰也沒有理由把這種無限的作用限制在一個原子範圍內.那種把原子核對電子的引力孤立在一個原子之內,認爲原子間沒有相互作用、對外沒有交流是形上學的. 所有原子核的電磁力都延伸在外,所有的質子引力都向外延伸,爲什麼沒有形成電子爭奪戰?這是因爲相鄰原子的外電子相距較遠,引力大打折扣.再者,每個原子的核外電子都是在一定的能級軌道規律運轉,都有各自的歸屬,是十分穩定的,核心多吸引來了電子也沒有其軌道,原子也留它不住. 【第四種解釋】 雖然外延的引力沒有奪得相鄰的電子,但是質子的這種引力是實實在在的,是沒有邊界的.單個原子核的外延引力是微不足道,可萬億億個原子核的外延引力卻是天體運行的縴繩,是重力之母. 目前有兩種主流理論(但沒聽說過什麼地應力) 1.引力波,任何有質量的物質均會對外輻射引力波,就象熱物體輻射紅外線一樣,引力波能傳達引力,就象紅外線傳達熱一樣 2.中微子,中微子以亞光速在宇宙各角落進行著雜亂無章的運動,其中一部分總是要被天體吸收的,結果每一天體都獲得一種「脈衝力」(中微子具有質量).在日地系統中,地球向日面承受的中微子流比背日面要弱(因爲這中間的中微子要被太陽和地球兩者吸收,故兩個天體在連線方向上吸收的中微子要比其他方向的少),由此產生的脈衝力在地-日連線方向上也小些,故地-日會有種向彼此運動的趨勢,既我們所說的引力 參考資料：愛因斯坦理論和前蘇聯科學家烏恰耶夫理論