根据万有引力定律,如果两个物理之间的距离无限趋近于零,那么引力就会无穷大吗?

金and土


牛顿的万有引力定律只适应于宏观的状况下,牛顿认为引力是物体之间的吸引力,并且传播是超距作用,也就是说按照牛顿的说法,将太阳立刻撤走,地球就立刻飞出去,而现代科学不是这样,将太阳撤走,地球还能继续保持目前状态达8分钟。

引力在爱因斯坦广义相对论中的描述就完全变了样了。

下面是广义相对论中的基本方程:

里面有很多字母,但我们都不知道它代表什么意思,这不要紧,我们只需要知道左边是时空弯曲的函数,右边是物质分布的函数,它俩之间画了个等号,说明两者是有关系的,很明了,在广义相对论中,物质的分布影响着时空的弯曲,时空的弯曲才是引力的本质。

物质的分布是什么?简单来说就是物质的质量,是因为质量弯曲了时空,弯曲的时空的几何作用才是引力。即便你的两个物体靠的很近,那又如何,反正这个物体的质量又不会无缘无故的增加,弯曲时空的能力不会变化,谈何引力无穷大?

可能你是这样想的,当两个物体靠得贼近,基本上快处在一个重力势阱中了,我想说,它们俩马上就要撞在一起了,成为整体了,还谈什么引力呢?再者来说,如果要是考虑“无限”这个微观字眼的话,在微观世界里,牛顿的公式就不能用了。

牛顿的万有引力公式只是在之前天文学家观测数据基础上做的经验性的总结,它并不适应于微观世界,它也只是广义相对论在宏观状态下的近似。

对此你们有什么看法呢?欢迎在下方留言探讨。我是科幻船坞,感谢大家的阅读与关注


科学船坞


根据牛顿老爷子的观点,事情当然是这样的。

啊哈!你可能已经高兴得笑出了声,终于抓到大科学家的把柄了,我把两个玻璃珠紧紧靠在一起,它们的距离已经为零了,它们的引力不就无穷大了吗?请牛老爷子起来遛两步?

放心,牛老爷子的棺材板不是那么容易掀翻的。万有引力定律说的是两个质点之间,引力与质量成正比,与距离的平方成反比。所谓质点,就是只有质量,没有大小的点,是假想的理想的点,现实生活中是不存在的!

现实生活中你把两个玻璃珠紧紧靠在一起,它们之间还有两个半径的距离,根据万有引力的公式:

其中常数G的值大约是6.67×10^−11牛顿.米平方/公斤平方,你把两个玻璃珠的参数代进去算算,引力不为无穷小两个玻璃珠上辈子就已经算积了大德了!

有人说,那我把玻璃珠缩小啊,缩得很小很小,它们就可以靠得很近了,引力总可以无穷大了吧?

聪明!问题是缩小之后,两个玻璃珠的质量也会减小,而且质量的减小是和半径的立方成反比的(体积与半径的关系),引力减小得更快,所以还是不可能。

你又说了,那我把这两个玻璃珠缩小到原子、原子核、质子、夸克的大小总可以了吧?极度聪明!问题是缩得再小,它们也不是质点,总还有个尺度,在这个尺度下是电磁力、强力和弱力的世界,引力和它们比起来,小了三十多个数量级,就更起不到任何作用了!

你可能还不死心,我要把它们质量加得很大很大,尺寸缩得很小很小,它们之间的引力不就无穷大了吗?

你已经聪明绝顶了!事实的确是这样的,这两颗玻璃珠就变成了两个黑洞——被视界遮住的两个质点——奇点,无须靠得很近——只要达到它们的史瓦西半径,它们之间的引力就已经大到超越友情的界限了,然后的结果,你懂的,2015年9月14日,科学家们第一次探测到了这两个“玻璃珠”的幸福结合,一个玻璃珠36倍太阳质量,另一个29倍太阳质量,13亿年前,引力把它们拉在一起后,合成了一个62倍太阳质量的玻璃珠。

62?36+29等65,还有3个太阳质量的质量到哪儿去了?嗯,这3个太阳质量的质量完全转变成了能量——相当于3个太阳质量的物质和反物质相遇了,湮灭了,它们产生的所有能量直接撞击宇宙的时空基底,在时空中激起一阵阵涟漪,终于在13亿年后传到了我们地球,把地球“大大地”扭曲了——一个质子直径的万分之一!


徐德文5分钟科学频道


答案:不会,因为万有引力不适用于微观世界,并且它是四大基本力中最弱的。

万有引力公式

万有引力公式大家在高中物理课本上都学过,两个质量确定的天体,它们之间的万有引力只和距离有关,距离近引力大,距离远引力小。

从公式中能看出如果距离r,变得无限小,引力F岂不是变得无穷大了吗?但其实生活中一个例子就能反驳。例如,人站在粗糙的地球表面,和地表接触时就可以看成r无限小,但并没有出现引力无限大的情况。

这种矛盾的现象是因为:万有引力的使用前提是,物质之间必须能看成质点才行,换句话说就是物质之间的距离要远远大于物体本身的大小,例如天体之间。牛顿提出的万有引力适用于宏观物体,而无限小已经涉及到了原子的微观世界,经典力学不再适用。

为什么万有引力不能用于微观世界?

这恐怕才是问题的核心,爱因斯坦的广义相对论中对引力本质做出了解释:任何有质量的物体都会对时空造成扭曲,这种扭曲的表现形式就是万有引力。所以万有引力在微观世界中依然存在,原子和原子之间依然存在引力。但微观世界中还存在其它三种基本力,强核力,弱核力,电磁力,这三种力才是微观世界的主角,引力则属于最弱的力,不值一提。

如果引力的强度为1,那么电磁力的强度为10的37次方,弱核力的强度为10的24次方,强核力的强度为10的39次方。

如此看来,牛顿的万有引力在原子的世界里完全可以忽略,用万有引力计算会受到极大干扰,等同于失效。

微观世界的三种力

虽然分子整体呈电中性,但两个分子非常靠近时,外层电子云会重叠产生排斥作用;远离时,分子中电子的运动产生瞬时偶极矩,能极化临近的分子,相互耦合表现出吸引,这种力就是电磁力。

强核力可以将质子和中子束缚在一起,作用力程在10的负15次方米到10的负16次方米之间,一定范围内力的大小恒定,是最强的力,原子弹就是利用链式反应释放原子核中的强核力,才能产生如此巨大的威力;弱核力能够制约放射现象,是造成放射性原子核衰变的短程力。

这三种力在微观世界中远比万有引力强大,物质之间无限靠近时,是这三种力在主宰。


科学薛定谔的猫


如果只是孤立地看牛顿的万有引力定律,确实我们能发现,引力与物体质量成正比,与距离的平方宸哥反比,也就是说,如果两个物体能做到距离无限小,引力应该无限大!

但事实上并不是这样!因为自然界里不仅仅有引力,还有强力,弱力和电磁力,而我们每天都能感受到的引力其实是四种力中最弱的力!

举个例子就明白了!整个地球的质量吸引住一块铁块,但你可以轻松地对抗整个地球的引力,因为你随手就可以把铁块扔到很远的地方!还有,一块磁铁就可以轻松地吸起铁块,也就是说对抗整个地球的引力,可见引力有多大小!

引力究竟有多小?假如强力为1,那么引力的大小只有10的39次方分之一!小到无法想象!

更重要的一点,万有引力定律中的半径其实是质心之间的距离,并不是物体之间的距离,也就是说把一个物体看成一个点!比如说,你让地球和月球紧挨着,这并不是说它们的距离就是0,而是地球半径加上月球半径!

即使你能做到让两个物体之间的距离很近,比如让两个中子靠得非常近,这意味着什么?意味着如今近的距离强力开始发挥作用,而强力是自然界中最强大的力,这时候的引力相对强力早就可以忽略不计了!你需要极大的能量才能让两个中子靠得无限近!而让中子靠得很近的结果不就是形成中子星吗?想象中子星是如何形成的!

牛顿的万有引力定律只适用于宏观低速低引力世界,高速强引力世界需要用相对论诠释,而微观世界也有量子力学!所以,如果只看万有引力公式很容易走进死胡同!

说得再直白点,牛顿的万有引力定律就是一个近似值,是相对论在低速低引力世界的近似值,是一个特例!因为在相对论概念里,引力根本就不存在,只是时空弯曲的一个表现形式而已!在我们生活的低速世界,可以用牛顿的万有引力定律,比如发射火箭卫星时,万有引力定律足够用了,已经足够精确了!但在高速世界和微观世界,万有引力定律就完全失效了!


宇宙探索


不会的,这种情况是不会出现的,不管是理论上还是实际上,都不会出现万有引力无穷大的情况。

先说一下我个人的想法:首先,从万有引力的公式来看,万有引力等于GMm/r²,如果r无穷小,那么万有引力应该无穷大。但我们不妨大胆假设一下,无穷小到可以为零,那这时候这个公式的分母就成0了,这个公式就没有意义了。这只是简单从公式上想象一下,并没有什么实际意义。

其次,两个物体之间的距离怎样无穷小呢?我们计算万有引力用的是质心之间的距离,只要物体有体积,两者之间的距离就不可能无限小。即便分子原子,也不能忽略。这是什么意思呢?比如我们计算一下地球和月球之间的引力,在不考虑洛希极限和星球形变的情况下,两者之间距离最近的时候是什么?就是两者表面接触的时候,宏观上两者接触了,但两者之间距离并不为0。两者之间的最小距离是地球的半径加上月球的半径,大概有八千多公里!事实上,因为自然界不存在质点(黑洞内部不考虑)所以根本不可能两者间距离无限接近,否则这两者就融为一体了。

再者而言,不说考虑无限接近,单说考虑距离很近时,也许占据主导的就是强相互作用力和弱相互作用力了,到那时万有引力都不够格参与了,还谈何引力无限大?

因此,距离无限接近只是一种假想的情况,实际上不会出现,当然也就不会出现引力无限大的情况了。

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张家小智儿


提这个问题的可能是个高中生,所以完全没有必要把问题弄得太复杂,更何况所谓的什么微观世界对于绝大多数人来说,只是停留在"听说过"。

产生这个问题的原因是因为学得不够扎实,只要弄明白几点,就会豁然开朗。

首先,万有引力相对来说非常小,就拿相对于人的地球这个巨无霸来说,万有引力就是重力,而不管是人、动物、或者植物,磁力、张力、甚至是风、浪、地震等等都可以轻而易举地在一定程度上一定时间内克服重力。

其次,万有引力公式:GMm/RR,这里的R是质心间的距离,而不是外壳之间的距离,这个概念不能弄错。

最后,就是要对这个公式进一步理解。举个最简单的容易计算的例子。密度为P,棱长为2的两个正方体和棱长为1的两个正方体,都面对面贴着,距离相差一倍吧,那万有引力分别是多少?G·P·P·8·8/(2·2),和G·P·P·1·1/(1·1),说明什么问题?就是在已经紧挨着的时候,想要继续缩小质心距离的时候,其实两个质量体的体积会以更大的比例在缩小,密度不变的情况下(事实上通常我们也无法改变密度),质量和体积的变化一致。所以实际上,如果保持形状不变,密度不变,两个物体的质心越近,必然意味着质量越小,万有引力反而是越小。

所以很显然,虽然理论上可以以改变形状的方式使两个物体在质量不变的情况下质心距离有所改变,但是很有限,实际要想"趋向于0"无可操作性。


笑看风云淡悠然天地间


所谓的万有引力、库仑力和毕一伐定律都是与距离的平方成反比,当质量、电荷和运动电荷产生的电流为常量时才会出现r→0时,力趋于无穷大。但问题在于当r→0时,质量、电荷和运动电荷产生的电流以比r→0更快的速度趋于O,因此不会出现力趋于无穷大的问题!以质量均匀分布的球体为例:质量以r的3次方趋于0,所以在球体内部的万有引力值与到球心的距离成正比,而不是反比。因此r→0或等于0时,万有引力也趋于或等于0!不是无穷大!











彭晓韬


根据相对论,运动是相互的。那么当两个天体A和B以速度V靠近时,大尺度下,相对速度V是没有什么变化的,不考虑万有引力加速度情况。

当A和B即将接触的时候,A上的某一个原子和B上某一个原子运动方向刚好相反撞击,以原子运动的量级别,这两个原子的能量大爆发。

相对的,也有速度、方向相同的!

撞击使的能量分布在极短时间发生变化就像大爆炸一样,反过来推,在没有发生撞击的时候就没有发生这种的能量交错吗?

一定是有的,只是慢而已,在距离为零的时候,万有引力或许会无限大,但是在没有到0的时候,就会因量子级别粒子相对运动能量再分布而弹开。


莫问天尘


引力属于很弱的力,是四种基本力中最弱的力。因此,虽然引力和距离成反比,距离的无限缩小也不会造成引力的无限增大。

如果把引力的强度定义为1,则则弱力的强度为10^25,电磁力为10^36,强力为10^38。由此可见,引力相对于其它三中力是多么的微弱。随便找一个小磁铁,都可以轻松地把一个小铁钉吸走。这说明。这块小磁铁轻松地对抗了地球的引力场,即便地球质量这么大。所以,在微观领域,粒子间的相互相互作用力,基本可以把引力忽略掉。

而两个物体之间的最小距离,应该是组成原子核之的质子、中子之间的相互作用力。但其实,这个时候强力才是主要力。核子之间的引力相对于强力,基本上可以忽略不计了。如果距离在短,那就变成了夸克和夸克的距离了,这个时候引力仍然不是最强的力。

所以无论从哪个方面来看,引力都不会因距离短而变得无穷大。不过,如果是两个黑洞无限相互靠近,那么二者之间的引力确实可以无限大。但是其它常规物体,根本无法做到距离无限靠近。最近的距离也比核子之间的距离远。


科学探秘频道


问题的背景分析

本题涉及①强核力、②电弱力、③分子间力、④万有引力的作用距离的极大极小的困惑。

此类“场效应问题”超越了基于唯象论的科学原理,亟需唯本论以增补(非修改)科学原理。

笔者的场效应,是指所有动力学行为或效应,都是真空场(以太)的黑手在暗中操纵的表象。

1873年麦克斯韦方程就已触及场的神经,诸如:介电常数、磁导率、位移电流或电位移。

真空场的客观实在被爱氏相对论否定,场的介质性/传播性/制衡性的科学探索,阻力重重。

既有各种量子场论与规范场论,都不是真心诚意接受场效应,要么就是半遮琵琶半遮面。

必须指出,牛顿三定律、万有引力律、热力学三律等经典原理,依然适合对场效应的探索。

换言之,经典动力学原理(不含爱氏相对论与哥派量子论)与真空动力学原理是互济互用的。

唯本方法论简介

唯本论,透过现象看本质,即:现象↹本质,把对立统一法则用于基础物理研究。

现象与本质,是相辅相成、相互制衡、互为因果的统一体。实体是现象,真空是本质。

真空(场)也叫空间(场)。质子的内空间是超压缩的空间,质子的外空间是超膨胀的空间。

唯本论操作:以“密度”为核心参数,以“场量子”为交换单元,用“超对称”建立方程。

亚原子是零星分布的;场量子是径向推涌的,因此“密度统计法”是简洁明快的,而“基矢积分法”是牵强附会的。

物体不是孤立的,物体是一个系统,严格的叫物系(body system)。

物系,既有独立的本体,还有自己的引力场,作为自己的存在空间:物系=本体+真空场。

物体内空间是被禁闭的高密度场。禁闭力来自外部引力场的制衡力。因此物体可保持独立而不至于高能密耗散殆尽。

电子本体是超压缩光子,是最小独立体,有自己的场。电子系=电子本体+电子引力场。

地球(系)≡地球本体+地球引力场(数亿km)。航天工程的地球≈本体+地球辐射带(数万km)。

空间的基本单元,叫场量子(引力子/光量子)。规定:场量子质量≡电子质量≡光子质量。

本体密度>>真空场密度;本体惯性质量≡场的引力质量;惯性离心力≡真空场引力。即:

物体既有惯性离心力(斥力),还有制衡的真空场引力,这叫“万有引斥力”原理。

所以:通常条件下,电子不会坠入原子核,地球不会坠入太阳,太阳不会坠入银心。

地球惯性质量(M)=真空场引力质量(M'),即:M=M'=V'ρ',知道引力场密度ρ',可求引力场体积V'(=4.2R'³)与引力场半径(R')。

强核力的引斥力问题

电子质量=场量子质量=9.10534e-31kg。根据湮灭反应方程,电子是场量子的交换单元。

质子质量=1.6726485e-27kg=1835个电子质量=1正电子+1834个场量子。

质子的两大动机:给出1个正电子,参与电磁辐射;给出1834个电子质量,参与引力辐射。

中子质量=1.6749543e-27kg=1839个电子质量=1个电子+1个质子+4个场量子。

中子是很不稳定的复合粒子,其内部的电磁力(弱力)专门削弱质子的强力作用。

核力的本质是质子作用力,是质子以光速自旋所激发的真空介质进行辐射引力的场效应。

强子对撞机与各种核反应的巨大威力,本质上都是质子作用力,中子充其量作为一个过客。

根据牛顿第二定律,强核力:F=m*c²/R。其中,m*是质子质量,R是质子引力场半径。

氕原子的质子,既有自旋导致的惯性离心力,也有自旋激发的真空场引力。这种引斥力机制,使得质子(几乎)具有永恒的生命力。

电弱力的引斥力问题

电弱力,包括核外电子运动激发的电磁力与核内电子引发的电磁力(弱力)。

电弱力是电荷间力,是高速运动的电子电荷磁力线切割原子核正电子磁力线的洛伦兹力。

中子的β衰变表明,洛伦兹力会削弱质子强核力。显然,中子强力=质子强力-电弱力。

质子强核力含正电子场引力,电弱力最终来自强核力。这是建立强弱力统一方程的依据。

正负电子皆有引斥力,二者不会靠近。当电子被加速到光速时才会发生湮灭变成两个光子。

可见,即使真有反物质靠近,也不会轻易湮灭。所谓反物质,只是自旋方向相反而已。

LHC只要利用两个反向磁场,就可以轻易把电子或质子变成“反粒子”,但中子不能。

安德森云室实验发现的正电子,只是高频辐射剧烈碰撞铅电子而反转自旋的小概率事件。

为什么反物质粒子很难循迹?因为反物质只是理论假设,压根就不存在。而所谓的证据,不过是对小概率反自旋事件做了夸大解释。

万物的引斥力问题

万有引力的源动力是谁?其实验公式已经泄露了天机:F=Gm₁m₂/R²。分子m₁m₂质量乘积与分母场半径R²,给出了超对称关系。

物体质量是核子质量的总和,核子意味着强力,质量乘积意味着所有核子强力之间的矩阵组合。

由于同极相斥异极相吸。同极组合的综合强力相互抵消。异极组合的综合势能梯度大大减弱,剩余的强力最终表现为万有引力。

引力常数G,正是质量乘积效应的指标,是强力“屏蔽效应”,因此也叫“屏蔽系数”。

据说强力是短程力,这是不自洽的。例如,核反应,本质上是质子强力在大范围的裸露。

宇宙射线的质子线,以准光速运动,具有最高频率(10²³Hz)的最强的最长力程的场效应。

既然强力有引斥力,那么作为被屏蔽的剩余强力,也会尤其在天体之间表现出万有引斥力。

因此:月球不会轻易坠入地球,地球乃至太阳系尘埃也不会轻易坠入太阳。

分子间的引斥力问题

分子间的引斥力,过去叫范德瓦耳斯力,也是通过观测实验得出来的科学结论。

现在普遍认为,分子间力,是在分子尺度的氢键。氢键的源动力是什么呢?归根结底,只能是质子强力。

氢键相当于氢离子,就是裸露质子,其场效应就是质子引力场,其引斥力逻辑则顺理成章。

不存在“∞或∞⁻¹”的场效应

物理学是一门测量科学,凡是无穷大与无穷小之类的说辞是无意义的,因为无法验证。

上述大体解释了强核力、电弱力(电荷间力)、万有引力(弱化强力)、分子间力的引斥力。

质子vs质子、电子vs电子、质子vs电子,不存在裸接触。故“引力半径无穷近”是荒唐的。

无独有偶,说“引力传播无穷远”也是荒唐的,为什么?解释如下。

与电磁辐射一样,引力辐射也是场效应,是通过场量子以光速传播的。

引力传播中,依次推涌的场量子会吸纳能量而逐渐降频,直至背景微波λ=7.35cm而告终。

现在按超对称法则,来求地球引力场半径。设背景微波的密度为太阳系空间平均密度。背景微波波长λ=7.35cm,场量子半径r=1.17cm,

场量子密度即场密度:ρ=1.35×10⁻²⁵kg/m³,地球质量=引力场质量:M=Vρ=4.2R³ρ,R³=M/4.2ρ,场半径:R=2.2e16m=2.3光年。

地球引力场被禁闭在太阳系内。太阳系场半径:R³=⊙/4.2ρ,R=3.3×10²¹m=35万光年。

结语

1. 处理动力学的数学策略有基矢微分法与密度统计法两个。基矢微分法会带来无穷变量的困惑。密度统计法尤其适合场效应难题。

2. 强核力(质子场力)、电弱力(电荷间力)、万有引力(物体间力)、分子间力(氢键力),都是真空场效应力,都有引斥力。

3.标准粒子模型,请思考:①质子含夸克,质子0.938G,桀1.27G,顶172G,为什么?

②胶子质量0,缪子105.7M,若质子是uud,少了的938-105.7-9.6=822.7M,为什么?

Stop here。物理新视野与您共商物理前沿与中英双语有关的疑难问题。


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