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什么是万有引力?它是如何出现的?(一)

已有 12655 次阅读 2011-1-29 10:04 |个人分类:未分类|系统分类:科普集锦| 万有引力, 广义相对论, 牛顿引力理论

什么是万有引力?它是如何出现的?(一)

 

‘万有引力的根源’问题,亦即‘万有引力是如何出现的?’问题,在网上博客中常有讨论。

要研究‘万有引力是如何出现的?’,先要弄清楚‘什么是万有引力?’。‘万有引力’是存在于两个物质之间的相互吸引力,物质处于任何状态都存在万有引力。物质存在的形式可以是场,也可以是质点(或粒子),故‘物质之间’的概念包括场与场之间、场与质点之间、质点与质点之间。‘物质处于任何状态’是指,不管物质是场还是质点,不管物质是否运动和运动的速度如何,不管物质是否带电,不管物质粒子是否带有色荷,等等,两个物质之间恒存在‘万有引力’;正因为如此,这个引力才加上‘万有’来形容。

    ‘万有引力是如何出现的’呢?从牛顿开始,物理学一直在研究这个问题。牛顿引力理论认为物质的质量是万有引力之源。两个具有质量的物体,就必然要出现引力,这仿如两个具有电量的物体,就必然要出现静电力相类似。可是牛顿引力理论的成立是有条件的,它的适用范围是比较狭小的。例如,牛顿引力理论只适用于低速物体和弱引力场的情况,牛顿引力理论也无能处理涉及光子、胶子等质量为零的粒子之引力问题。可是广义相对论能够适用于任何速度的物体和任何强弱的引力场,也能够处理涉及光子、胶子等质量为零的粒子之引力问题。显然,广义相对论对万有引力的理解比牛顿引力理论的理解大大的向前跨进了,决不能说广义相对论与牛顿的引力理论相比没有任何进步

广义相对论认为物质的能动张量(其中包含能量、动量、能量流、动量流)是万有引力之源。一个具有能动张量的物体,必然要在它的周围出现引力场;而这个引力场必然要对位于此场中的另一物体施加万有引力作用。这仿如4维电流(其中时间维为电量)是电磁力之源。(---为了能深入理解,这里要求读者学过电动力学,如果没有学过电动力学,可暂时承认,以后再补这方面的知识。否则只能停步不前)一个具有4维电流的物体,必然必然要在它的周围出现电磁场;而这个电磁场必然要对位于此场中的另一物体施加电磁力作用。

大家都知道,两个静止电荷之间存在静电力,两个运动电荷之间存在磁力。有一些只懂牛顿引力理论、不懂广义相对论的人往往会提出这样的问题:牛顿引力只相当于‘电引力’,两个运动质‘量之间是否还存在‘磁引力’?

其实,‘电引力’和‘磁引力’全包含在广义相对论的场方程中;前面已讲过,不管物质是否运动和运动的速度如何,广义相对论的场方程都是适用的。不过,比起‘电引力’,‘磁引力’很小,以致在一般情况下观察不出来。



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