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【转载】地球为什么有引力  

2015-06-09 08:31:22|  分类: 荐书读书 |  标签: |举报 |字号 订阅

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本文转载自angel.xi《地球为什么有引力》
地球有一个地球引力场,月球有一个月球引力场,太阳有一个太阳引力场。各天体为什么都有相应的引力场?古往今来,先人们对此进行过长期的探索。
笛卡尔提出了“以太漩涡理论”,认为地球对太阳的重力,是发自于太阳周围的“以太”物质的漩涡,是一种由外而内的“压力”。他认为:地球之所以绕太阳转,是因为它卷入了太阳周围的以太漩涡之中[1]。
牛顿从1664年就开始了对引力成因的探索,首先是提出了“重力射线”和“引起重力的物质”的说法,认为“引起重力的物质必定通过一切物体的孔隙”。 1674-1684年间,认为重力产生的原因是以太的压力差,提出“地球引力的吸引是由某种其他东西如以太精的连续凝聚所引起的”,认为相接近的二物体之间的以太粒子中,细微的会穿过物体的孔隙,形成负压,以致外面的以太冲入物体两面之中,形成压力差,使二物体趋近,表现为重力。1684年8月以后,牛顿放弃了对重力原因的探索,一再表示“我尚未揭示重力的原因,也未约定去说明它,因为我不能从现象来了解它”,“也不可能从现象了解这个定律的原因。”“至今我还不能由现象发现那些重力的原因”。直到晚年,牛顿仍明确表示对引力的原因和本质尚不了解,有待后人去探索和发现[2]。
爱因斯坦于 1913年提出了万有引力场论,1916年又完成了广义相对论。在广义相对论中,爱因斯坦对牛顿的引力理论作了扩充和修正,提出了一种新的引力理论,探讨了万有引力的成因,而引力子就是爱因斯坦的新引力理论中的主角。同麦克斯韦的电磁理论相仿,爱因斯坦的新引力理论认为,任何物体周围都存在着引力场,而存在引力场的空间是弯曲的空间。爱因斯坦从麦克斯韦的理论受到启发,预言了引力波的存在,因为电磁场是通过电磁波传播的,引力场也可能通过引力波来传播;电磁力通过光子使物体相互作用,引力应通过引力子使物体相互吸引。爱因斯坦在1916年还提出了一个找寻引力子的方案——旋转棒:用一根二十米长、五百吨重的钢棒,以非常快的速度绕棒的中心旋转,就能产生引力子来[3]。
牛顿最终推出的万有引力理论不需要物质进行附加的运动,并没有将宇宙天体的引力与它们的特殊运动联系起来。引力是物质的普适现象,不应该有物质品类的限制,爱因斯坦找寻引力子的方案有物质品类的要求——“钢棒”;爱因斯坦找寻引力子的方案还要求将拥有大质量的庞然大物快速围绕轴心转动起来。如果只有质量巨大的钢材快速地绕轴旋转才会产生出导致引力形成的引力子,那么引力便不是相对静止的物质也拥有的普遍属性,而是这种大质量的钢材由于绕轴旋转而导致的物理结果了。
比较爱因斯坦与牛顿早期对引力成因的看法,两者的思路有一致性:其一、都认为导致引力的原因是某种微观物质的运动。其二、对导致引力产生的微观物质的想法也有共同性,即都认为是某种很微小的有质体的微观粒子,爱因斯坦称之为“引力子”,牛顿称之为“原子”、“以太粒子”。爱因斯坦假说由于引力子的运动导致引力波产生并传播着引力场,是受电磁波电磁场现象的启发,设想引力波引力场现象应与电磁波电磁场现象的原理相同;牛顿认为引起重力的物质必定通过一切物体的孔隙,设想细微的原子或以太粒子穿透物体的孔隙,使物体表现出有重力。
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