引力為何與距離的平方成反比?平方反比有何特殊意義?

鍾銘聊科學


引力為何與距離的平方成反比?為什麼離質量源越遠引力就越小?平方反比有何特殊意義?

幾個世紀以來,牛頓萬有引力是描述引力最成功的理論。牛頓認為宇宙中的每一個質量物體都會互相施加一種神乎其神的力,這種力的大小與兩個物體的質量成正比,與它們之間距離的平方成反比。牛頓萬有引力定律告訴了我們:任何質量系統在引力作用下的行為。

那麼引力為什麼滿足與距離平方反比的關係?首先看一下我們所處的太陽系。

太陽是太陽系中質量最大的天體,幾乎所有已知的物體,從行星到小行星和大多數彗星都繞著太陽以圓形或橢圓形軌道運行。不管是圓形,還是橢圓形,它們有一個共同點:都是穩定的閉合軌道,這就意味著繞太陽運行的天體,在一個週期後就會回到與開始的相同的位置。

單從數學上來說,我們知道所有的力都是矢量,這意味著力有大小還有方向。以我們的太陽系為例,作用在每個天體上的力,其方向近似地朝向太陽的中心。

如果想讓天體圍繞太陽的軌道是閉合的,我們只有兩個選擇!一個是:有一個力遵循平方反比定律(引力就是這樣);另一個是:有一個力隨距離線性增加(彈簧就是這樣)。其實平方反比和線性增加一樣,沒有任何特殊性,伯特蘭定理就證明了在經典力學裡要想形成穩定的閉合軌道,以上是唯一的兩種可能性!而且伯特蘭定理在廣義相對論下並不成立,下文會說到。

所以根據伯特蘭定理,引力會隨著距離的增加可能會變強或變弱,但只有一種特定的方式是正確的,否則在經典力學下天體就不會有穩定的閉合軌道。

生命的存在需要有穩定的軌道和適中的溫度,我們確實很幸運,因為這些是控制我們宇宙的法則!

而且確實有一些力,隨著距離的增加力就會增加,強力就是一個很好的例子!甚至還有一種力,它沒有方向且均勻地滲透到了整個空間,在任何地方都是恆定的,這就是暗能量!

廣義相對論下,沒有閉合的引力軌道

如果我們現在還說引力是一個與距離的平方成反比的力是不嚴謹的。因為在太陽系中有一個天體軌道顯然不是閉合的,這就是廣義相對論這個現代引力理論取代牛頓引力的原因!

水星的軌道在進動,或者說不閉合,這是第一個強烈暗示我們關於牛頓引力理論有缺陷的現象。花了大約半個世紀的時間,愛因斯坦的廣義相對論才代替牛頓引力解決了這個問題。我們也從中認識到,引力並不完全遵循平方反比定律。當涉及到的距離很大,質量和能量很小的時候,牛頓的引力只不過是廣義相對論的近似值。

廣義相對論也提出了一大堆已經通過實驗和觀察得到證實的預測,包括光的引力彎曲,引力透鏡,引力紅移以及許多許多其他的預測。

其與引力強度相關的預測是:所有軌道上的天體嚴格來說並不遵循平方反比定律。

在廣義相對論下,質量物體在引力場中速度的變化會產生引力輻射,引力輻射和電磁輻射一樣會帶走軌道能量。如果按照牛頓引力的話來說,就是軌道上的引力比平方反比定律略強一些,這意味著天體的軌道會隨著時間的推移而緩慢的衰減。最內層的行星軌道首先會衰減,其次是外層行星。最終,一切天體都將螺旋靠近軌道系統中心的引力源。

總結:距離的平方反比和真實的引力強度並沒有直接的關聯性

如果太陽的壽命是無限的,那麼地球的軌道大約需要10^150年才會衰減到撞向太陽,雖然這種效應對我們沒有任何影像。但這意味著一個真正穩定、閉合的軌道只是牛頓引力的幻影,一個在真實宇宙中並不存在的東西!

在一個受廣義相對論支配的宇宙中,廣義相對論是我們用來描述引力的最好的自然法則。在弱引力場中(當質量小而距離大)廣義相對論可以被證明為牛頓引力,這就是平方反比定律與距離的由來!這也更加說明了平方反比定律跟引力並沒有很強的關聯性,也沒有什麼特殊性,畢竟它在某些情況下並不成立。

但如果要問:為什麼廣義相對論是支配宇宙的引力理論?我估計沒人能回答這個問題。一個標準的逃避式回答「自然法則要求引力就是這樣的!」。


量子科學論


答:引力與距離呈平方反比定律,或許正說明我們的宇宙空間是三維的。


物理學中有四種基本力,其中強力和弱力只在微觀尺度有效,電磁力和萬有引力的作用範圍是無限的,而且電磁力和萬有引力都滿足平方反比定律,實現生活中還有很多物理現象滿足這一規律,比如燈泡的光照強度也是和距離平方呈反比。

平方反比定律指的是物體或者粒子的強度,與距離的平方呈線性衰減,為了證明庫倫力和萬有引力嚴格遵循平方反比定律,實驗科學家花了不少心血;萬有引力非常微弱,使得萬有引力的測量非常困難,但是庫倫力很容易測量,目前科學家對庫侖力指數的測量精度,已經達到了2±10^-10。

假如電磁相互作用不嚴格遵循平方反比定律,那麼光子的靜止質量將不嚴格為零,真空中的光速也將不固定,電荷也將不守恆,這會使得現有的整個物理學大廈坍塌,所以平方反比定律對於物理學來說非常重要。

電磁力和萬有引力在形式上的這種相似性,是否存在更本質的原因,目前還有待人們去探尋,我們不妨從空間維度出發,來簡單探討下平方反比定律。


首先,電磁力和萬有引力都可以用“場”來描述,分別叫做電磁場和引力場,場是物質的一種,它真實存在,而且有能量有動量,這是物理學中一個非常重要的概念,一旦離開了場,我們會發現很多物理問題變得棘手。

比如做加速運動的電荷會輻射電磁波,從而使自身受到一個阻尼力,這個力就沒有反作用力;還有假如太陽發生超新星爆炸,地球要8分鐘後才受影響,那麼在這8分鐘之內,地球受到的引力也沒有反作用力,而且動量守恆定律也將被破壞。如果其中引入電磁場施加了反作用力,以及引力場帶走了動量,那麼這兩個問題就能輕鬆得到解決。


有了場的概念,我們再來看平方反比定律就容易很多,一個點質量激發的引力場是向四周擴散的,無論擴散多遠,場的矢量加起來都應該和初始時一致,因為場是物質,在電磁場中就對應高斯定律(磁場∮BdA=0,電場∮EdA=q/ε)。

我們把場想象成一個點光源,並且向三維空間中發射光子,距離發散點的半徑為r時,發散面的面積為A=4πr^2,於是光子的擴散密度和距離平方呈反比,這或許就是平方反比的物理意義。


這一切都得益於我們宇宙空間是三維的,或者說電磁相互作用和萬有引力在三維空間中傳播,這個定律其實也可以利用數學推廣到任意維度N,在N維度擴展的場強強度,與r^(N-1)呈反比。

所以大自然偏好平方反比定律是有著深刻原因的,至於強力和弱力,由於只在微觀尺度有效,而且形式更為複雜,在超弦理論中描述還有七個維度蜷縮在微觀世界,這之間是否存在聯繫誰也說不清楚。


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我們都知道牛頓的引力方程 F=GMm/r²

那為什麼引力和距離的平方成反比,而不是距離的立方呢?

這到底有什麼深刻的含義?

我可以明確地說:這沒有什麼太大的意義。這個公式不是自然規律的意義,而是前人歸納自然現象而發明出的量化工具。一定要注意:萬有引力的本質是表徵自然世界內物質相互吸引的事實。

萬物吸引是自然事實,而引力這個詞就發明出來的,萬有引力公式也是發明出來的量化標準而已。

牛頓是建立力學系統的先行者,雖然前面有阿基米德,多普勒,伽利略等人探索,但是建立力學的基礎框架是牛頓。

牛頓之前的力學概念還僅僅停留在寬泛的概念上,如何量化力才會讓物理走向科學理論的第一步。

我們把時代背景穿越到牛頓出生之前

那時間人類已經知道浮力,知道了行星運動的開普勒三大定律,以及明白了力不是維持物體運動的原因,而是改變物體運動的原因。

牛頓出生之後,在某一天看見蘋果落地了。他反問自己:為什麼蘋果是落下來,而不是飄向天空呢? 在觀察了大量的落體運動後,牛頓自然而然地歸納出:地球對物體有吸引作用。

而這種作用不僅適用於地球,還適用於宇宙天體運動。

於是牛頓明白了萬物皆可吸引的道理。那麼牛頓接下來的任務就是如何將自己的想法用公式量化出來。

牛頓這時候通過前人的研究很快得出兩個結論

一:質量相同的兩個物體,距離越遠,吸引力就越小,反之亦然

二:在距離不變的情況下,物體的質量越大,吸引力就越大,反之亦然

這個時候的牛頓知道:質量與引力成正比,距離成反比。如果是你,可能自然而然地會寫出F=Mm/r的引力公式

但這是錯的,質量和引力成反比沒問題,但是引力和距離真的成反比嗎?

要知道我們的宇宙是四維時空,也就是三維空間加一維時間。

距離和力的大小並不是線性關係。

為了簡單起見,我們用吹氣球做比喻

我們越用力吹,氣球的半徑越大,其表面積就越大,氣球半徑的增大與其表面積的增大是線性關係,也就是半徑和表面積成正比。

可以將氣球看成一個圓,而圓的表面積公式是S=πr²。

而當我們的氣球半徑越大,其表面積越大。

引力的作用不是既不是一維直線也不是二維平面的。而是三維發散的,其大小和三維球體的表面積是正比,而不是三維球體的半徑。

在球的表面積公式S=πr²中,π是定值。也就是說引力是和半徑的平方成正比關係。

所以我們知道了引力和質量成正比和距離的平方成反比。

自然而然會寫成F=Mm/r²

但引力公式就到此為止了嗎?

萬有引力公式中還有一個很重要的係數,那就是引力常數G。

為什麼引力公式中要強插這樣一個常數來破壞公式的簡潔美?

其實這就是為了對接到其他物理量的一個抵消項。

假如我們計算人坐汽車的起步時力—牛頓(力的單位)

那麼這時候可以套用F=ma,汽車給人的加速度乘以人的質量就是人所承受汽車給予的力。設人的質量70kg,加速度3m/s²,那麼這時候人受力就是210牛

這時候再看看萬有引力,如果兩個質量為70kg的人相距1米。在不引入常數G的情況下,那麼他們之間的引力大小就是4900牛。人與人之間的引力比坐汽車受到的力還強大23倍多。這完全不符合常識,現實生活中引力是非常微弱的。

這時候,要麼在F=ma中加入擴大項係數,要麼就在萬有引力公式中加入一個常數使其與其他物理量可以完美對接。引力常數G就是這樣的作用。


科學認識論


引力與距離倒數的2次方成正比,是物理規律在3維展開的表現。

費曼:自然往往是由定律來描述的,這些定律可以用不同的數學來表達。

開普勒是第谷的學生,他在老師的基礎上總結出了行星運動的三大規律。

當牛頓在劍橋大學三一學院讀書的時候,開普勒的行星運動的三大定律深深的吸引著他。他敏銳的意識到,如果行星按照橢圓方式運動,那麼肯定有一個吸引力,而且力的大小與距離的平方成反比。



牛頓在《自然哲學的數學原理》寫下了引力公式:G=g*m1*m2/r^2。

1789年,在牛頓去世後60年,卡文迪許用扭秤實驗精確的測定了萬有引力常數。

1785年,庫倫同樣使用了扭秤裝置,測量了電荷之間的吸引力,得到了一個靜電吸引力的庫倫公式:F=k*e*q1*q2/r^2。

》引力公式與庫倫力公式,非常的相似,都和距離的平方成反比。

之所以出現這種情況,是因為能量以球面的形式在三維空間中擴散,球面上的能量密度和距離的平方成反比!

假如,牛頓和庫倫生活在二維的平面上,他們會測出來什麼樣的結果呢?

他們會測出來靜電作用力和引力與距離的一次方成反比。



如果他們兩個生活在四維空間中( 另外一個維度是指空間座標,不是指時間)那麼他們會測出來與距離的三次方成正比。

但是物理的世界並不是這麼簡單,規律的複雜性超乎一般人的想象!

》以上兩種力與距離的平方成反比是有條件的,第一要滿足通量守恆,第二必須是在平直空間中。

因為電荷必須守恆,而產生引力的物質也是守恆的(因為物質和能量可以相互轉換,能量守恆和物質守恆是同樣的,都是由於空間的平移對稱性)。

根據廣義相對論,引力實際是質量對於空間產生的彎曲。按照牛頓萬有引力定律的公式,計算出來的萬有引力,在平直空間以及沒有時空拖曳效應的時候,才嚴格的與距離的平方成反比。而在高速旋轉的中子星附近,極度扭曲的空間,都需要用廣義相對論來計算。



但是諸如範德華力等,大自然中很多其他的力表現都不是距離的平方關係。尤其是在電與磁的相互作用系統中,力的相互作用可能會以距離反比的三次方或者更高次方的形式表現。

》作用力公式裡距離反比的冪次取值,代表這個世界更加深刻的本質規律。

冪的具體取值,一方面和世界存在的維度有關,一方面和物質之間的聯繫性質有關。

從本質上講,空間的存在維度可以分數形式或者是以任意的實數形式。這是由數學家豪斯道夫提出來的。



如果我們把可測基本物理量,時間、距離和長度理解為人類思維中可直觀感覺的低維度,那麼以冪形式表現的規律則是人類思維中的高維度。人類的科學探索,也是在探索人類自身思維的維度邊界。


華箋流香


其實不止引力是與距離的平方成反比,電磁力也是如此哦。而這兩種力都是我們宇宙中已知的兩種長程力,其實它揭示了我們宇宙的三維空間屬性。

萬有引力公式與庫侖定律公式相似背後的含義是空間屬性。

只要把萬有引力公式與庫倫定律公式放在一起,任誰都可以發現其驚人的相似性。除了質量變成了電荷,引力常量變成了靜電力常量,其它結構完全一樣。

你還記得法拉第擺弄的磁力線嗎?對於引力,我們一樣可以用類似的辦法。我們可以假想從地心發射出了無數的“引力線”,平方反比這東西其實就是計算力線的密度。

一個固定空間截面內有很多力線穿過。距離遠上一倍,力線就變得稀疏多了,同樣面積內力線的密度大約只有原來的四分之一,這就是平方反比的來歷。這也從側面證明了,我們的宇宙不算時間的話,空間是平直的三維結構。引力線也好,磁力線也好,都可以看成空間的固有屬性,描述的是空間的結構。而平方反比的力線密度變化規律,就證明了空間的立體三維結構。

牛頓力學的適用範圍,折射出的空間含義

自從愛因斯坦指出引力是時空扭曲的結果後,引力就和空間脫不了關係了。萬有引力作為在低速弱場下引力的近似解,說明低速弱場下的空間具有明顯的三維結構,而在高速強場中,萬有定律不再適用的根本,也就是空間的三維結構開始明顯的扭曲。

在這樣的空間中,侷限於三維結構的萬有引力定律不再適用,而包含黎曼度規張量的相對論場方程的優勢就顯現出來了。空間細微的扭曲變化都能被相對論場方程描繪出來,所以能更精確地描述引力線的稀疏。由於引力線完全等於空間的曲率,根據奧康姆剃刀原理,在相對論的體系下,引力的表述完全可以剔除,保留時空曲率即可。這就是為什麼在相對論裡,引力不再稱為一種“力”。

平方反比的物理圖景及其他運用

平方反比的一個核心原因是它對應了三維空間的一個量守恆。如果你熟悉高斯定理或許就很好理解了。簡單來說,就是在三維空間中任何一點釋放能量,都遵循平方反比的衰減規律。而一切以一個質點為發射源頭的力,就像一個能量源一樣。

你可以想象把一股能量均勻鎖在一個小球的表面上,隨著這個小球變大,表面積不斷變大,但能量總量不變。如果你有興趣計算一下,你會發現球面單位面積內的能量以平方反比減少。只要你瞭解了這個物理圖景與數學關係,可以來計算很多東西。比如只要你有一大塊太陽能電池板,你就能計算出太陽的單位時間裡輻射的總能量。前提是你知道電池板的面積、轉換率、與太陽的角度、地日距離,然後運用神奇的“平方反比”就能反推出太陽的發光總能量。


總結

數學公式的魅力在於精準有效,不會誤導,但如何詮釋它?是物理學家與數學家之間最本質的區別。洞察數學與宇宙秩序之間的深刻內涵,是物理學家從平庸走向偉大的最關鍵一步。

“平方反比定律”可以說是我們這個宇宙中最簡單的一個物理規律,是宇宙秩序的一條分支。無數的物理學定律就好似在描述宇宙秩序的不同分支,只要當我們發現了足夠多的分支,再通過逆推這些分支的交匯點,才能真正描繪出完整的宇宙秩序之樹。

這正是物理學追尋的大統一理論,而目前相對論與量子力學還無法很好地拼合上,很可能就是缺少還未發現的關鍵分支。

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                      《 萬有引力的來源》

摘要:艾薩克•牛頓發現了萬有引力,然後又發現了運動三定律,亨利•卡文迪許用 扭秤 證明了萬有引力 定律正確性,並算出了地球的“質量”,但都沒對引力的來源給出明確的解釋。阿爾伯特•愛因斯坦更是玄之又玄的把引力的來源解釋為物質對空間造成的凹陷。本文將根據一些小實驗和理論推導對以上的某些觀點進行糾正與反駁。

關鍵詞:內能(熱力學能),引力,地球質量,扭秤,重力加速度,。

引言:耳熟能詳的定律,質量越大,引力越大,但還有一個被人類忽視的數據,那就是內能。天體的質量越大,引力越大,內能越大(此文的內能是拋開 所有化學反應,核反應的 熱力學能)。那麼引力的來源是不是高能量體與低能量體的溫差效應呢?看下面的實驗。

三個質量相同鋁球,用液氮把兩個鋁球分別散熱到零下150℃與零下50℃,還有一個與室溫溫度相同20℃。觀測三個鋁球近距離的水氣有什麼反應。觀察到的結果是零下150℃的鋁球對附近水氣有很大的吸引力,有明顯的重力加速度現象,末端水氣落體速度大約是零下50℃鋁球的三倍。而與室溫相同的鋁球對水氣毫無反應。5分鐘後終止實驗,零下150℃鋁球結霜質量大約是零下50℃鋁球的三倍。

我們用這個實驗是不是能說明兩物體的引力大小與兩物體溫度的大小相關呢?溫度差越大,引力越大,與質量無絕對關係。那麼在地球上為什麼質量越大的物質,引力越大呢?這麼說吧,地球是個巨大的能量體,她對所有的低能量體都有 熱平衡 需求,她會根據 低能量體所能承載的熱量產生引力,直至達到熱平衡引力為0,但是地球有溫度階梯,從地殼約14℃至地心約6000℃,所以一個物體從14℃至6000℃其重力可以說是穩定不變的。假設一個鉿合金球,從14℃加熱到4000℃,其與地心引力最大轉移到與地殼引力最大,其重力保持不變。14℃至零下273℃,溫度越低,重力越大。(這段是理論推導,沒做實驗)。

根據此實驗說明兩個物體沒有 熱平衡需求就沒有引力,那麼亨利•卡文迪許的扭秤又是怎麼算出“地球質量”的呢?他的扭秤為什麼出現扭力呢?還準確推導出引力常量。5.965*10^24到底是地球的內能還是地球的質量?我們根據 F=GM m/r^2計算出了太陽系的大部分行星的 軌道與速度,衛星的均速圓周運動,這足以說明F=GMm/r^2正確性,那麼一個天體的內能值與質量值一定很接近。為什麼會很接近呢?是根據質量有了內能?還是根據內能的大小有了質量?看下面的實驗與理論推理。

亨利•卡文迪許的扭秤為什麼使兩個沒有熱平衡需求的兩對鉛球出現引力呢?

看實驗,準備兩個磁力不同的磁鐵,一根鐵絲,一些細鐵砂,釋放靜電,先用鐵絲吸鐵砂,肉眼觀察下是毫無吸引力。然後把強磁鐵放到鐵絲底端,整根鐵絲會吸住很多鐵砂,距離磁鐵越近吸住鐵砂越多,換上弱磁鐵,鐵絲吸引的鐵砂要少的多。根據這個小實驗去理論推導下個實驗,我們把引力看作成弱磁現象,扭秤的兩對鉛球之所以會互相吸引,完全是因為在地球的引力磁場上。小實驗裡我們可以輕鬆的把磁鐵放到一旁,以現在的科技我們也可以輕鬆的把扭秤送到太空,送到月球,那時你會發現扭力與此區域 重力加速度 值成正比。引力越小,扭秤的扭力越小。月球上表面的扭力只剩下地球上的1/6。

我做了個簡陋的扭秤,在只有4個質球實驗下,加大兩對質球的溫度差,會得到不同的扭矩。我也猜測是不是空氣對流加劇造成的,但一直沒有找到真空實驗室而擱置。(具體的溫度差與扭矩比例,由於扭秤的簡陋,就不一一敘寫了)。實驗過程:四個相同質量的實心鋁球,一根木棒,先把兩個鋁球固定在木棒兩端,一根細銅絲拴在木棒正中間,懸掛在一個橫架中間,保持平衡。銅絲底端固定一個小鏡子,再用一個激光燈射照鏡子,射線與折線最好調到90度左右,光點會射在牆上,牆上固定個尺子。依銅絲正下方為點用圓規畫個圓圈,邊是兩個球的球心,再用兩個支架把另外兩個球託平,分別放在秤砣的左右側,球心對準圓線。不同溫度的球放到托架上,光點會出現在不同的位置。(也就是說溫度差越大,扭力越大,兩物體之間的引力越大)。

此理論的最有力的證據還是需要把扭秤送到太空,送到月球。

那麼太陽系天體的質量值與內能值為什麼如此相近呢?太陽除外。因為太陽是中心,在太陽系中是懸浮不動的,即使內能值與質量值差距很大也測不出來,又點燃了核聚變。理論上來講,內能值遠高於質量值。所以我們現在根據引力算出的太陽質量(其實是內能)遠遠大於真實質量。大家都知道太陽是氣態的,而密度竟然是地球的0.26倍,這是荒謬可笑的,他的意思也就是說一立方氫氣與一立方土的質量比是0.26 : 1,就算把氫氣壓縮到液態,這個比值也相差甚遠。太陽的平均密度1.4克每立方厘米,氫液態才0.07克每立方厘米,矛盾嗎????(別害怕,目前太陽質量不可測,看下面實驗)。

每個天體都有一個心核,太陽的心核最大,我們根據心核大小比例,做出九個鋁球,分別代表太陽與八大行星。全部冷卻到零下200℃,把太陽放到實驗室中心,按照距離比把八大行星擺好,懸浮運轉,2個小時後結束實驗,冰球質量比與太陽系天體質量比一致。水氣代表分子云,心核是宇宙所有天體的種子。遇到肥沃土壤(分子云)就會根據大小演變成恆星或行星,沒有心核的分子云是一團死雲,不會孕育出任何天體,否則違反熱力學第二定律。(這段是邏輯推理,猜測)。

在此理論正確的前提下,F=GMm/r^2還能繼續使用嗎?當然可以,只不過要稍微修改一下,首先就是其中的一個M改成U。那麼以引力計算的1熱值等於多少焦耳?這就需要廣大科學家的共同計算了。

母式:F=GUm(1-u/U)/r^2

此公式也不是適用於任何引力場,(只有兩物體質量與半徑相同的情況下才能做到誤差為0,比如冰球實驗,你可以理解為把鋁球切割成與水氣大小相等顆粒,然後每顆粒與水氣產生的引力全部相加)。就如F=GmM/r^2無法解釋水星近日點進動,愛因斯坦廣義相對論描寫的引力與量子力學格格不入。可以說很難有一個引力公式通用於宏觀與微觀等多種引力場,只有根據不同的引力場拿出不同的公式給予計算。


陳轉運


01

引力為何與距離的平方成反比?

由於對引力本質的研究,目前還沒有什麼突破性進展,所以,一切關於“引力是什麼”,“引力為什麼是這種表達形式”的問題,一概沒有定論。

所以,不管回答多長,也不過是猜測或者假設。

02

平方反比有何特殊意義?

雖然引力為何與距離的平方成反比人類並不清楚,但是,平方反比帶來的特殊結果,卻是我們這個宇宙之所以是如此樣子的原因。

平方反比有何特殊意義?

在宇宙君看來,平方反比定律的重要意義有兩個:

1. 非線性

2.滿足通量定理

非線性不用解釋,下面具體解釋一下通量定理。

03

通量定理

很多人聽過磁通量,卻沒有聽過電通量,更別說引力通量了。

磁通量:

磁通量是指穿過每個曲面的磁場線的“根數”多少。用積分來定義,如下圖:

除了磁通量,還有電通量:

最早提出通量定理的是數學王子高斯。

在電場中,電通量與電荷間的有基本的關係。根據庫侖定律可以證明:由任意閉合面S穿出的電場強度E的通量ψE應等於該面內所有電荷的代數和併除以真空介電常數ε0。

這就是高斯通量定理。 由電通量的定義

即電位移的散度等於該點自由電荷的體密度ρf,它是電磁場方程組的基本公式之一。


通俗的講,一個閉合曲面的電場通量,永遠和曲面內包含的電荷量成正比!無論這個曲面是什麼形狀的!

那麼,為什麼麼有通量定律呢?

其原因就是——平方反比率!

因為庫侖定律遵循平方反比的關係,所以由庫侖定律計算的電場強度的通量,也就具有通量定理。那麼,引力方程也是平方反比關係,那麼引力場也會有通量定理。

——一個閉合曲面的引力場通量,永遠和曲面內包含的質量成正比!無論這個曲面是什麼形狀的!

04<strong>

通量定理的重要意義

通量定理其實展示的是物質和空間的某種奇特聯繫,當然這個曲面只能算是二維的空間。

所以平方反比定律,蘊含了質量與空間、電荷量於空間之間某種更深層次的關係。

如果能昇華到三維空間的通量定理,那麼其意義絕對是顛覆性的。

等待我們人類破解這個奧秘吧!

作為一個科學工作者,我自己多麼希望這一天早點到來!

我是宇宙物理學,這就是我的回答!


宇宙物理學


不存在引力,g是引力場。數值是地球質量除以表面積乘係數,面積是平方。但這個係數不能通用,只適用地球。


天儒文化


轀射波都是與距離的平方反比這是與圓面積及球體表面積的公式有關它們的大小都有與半徑平方有關係


綠水青山48936175


平方反比規律的意義在於它對應的運動軌道是圓錐曲線。牛頓的研究可以從理論上解釋此前開普勒的觀測結果。


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