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1 # 陳轉運
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2 # 科普軍
萬有引力常數根本就不是常數,怎麼可能準確?
萬有引力定律是在大量天體運動觀測資料基礎上總結出來的。它並不是在什麼更基礎的規律上推匯出來的。萬有引力定律在描述天體運動中並不精確!它只是愛因斯坦廣義相對論場方程的近似解。不過,這個簡單的近似解在我們的實際航天領域有著足夠的精度。即便在中子星面前,萬有引力定律的精度雖然變低,但也能滿足精度要求。只有在黑洞這樣的特殊天體面前才會錯誤,這時便只有場方程才能準確描述!
廣義相對論不太好理解。引力在廣義相對論中並不存在,引力是空間彎曲的一種方便的等效描述。大質量的天體會使其周圍的空間變得彎曲。而光在真空中永遠保持直線傳播,因為空間是彎曲的,所以光路也就彎曲了。這個已經由愛因斯坦的日食水星偏轉誤差的實驗觀測所證實。
所以,萬有引力常數嚴格講是個變數,應該叫其引數才是正確的。
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3 # 大海142581829
地球的公轉,星體間的引力與斥力。物是以地心為中心,地球是以太陽為中心,最終控制的還是太陽。月亮也會對它產生影響。地球上的潮汐隨看太陽的落山而起,月亮的圓缺都能引起變化。七月十五錢塘潮。地心的場才是引力的來源。場的作用力是有選擇性的。地球上是否有飄浮體,即失重,同地球一樣受太陽控制。
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4 # 小宇宙科學哲學
很多的物理科學家都認為,如今的物理學基礎研究是一場危機。他們對這場危機的意識是研究的方法錯誤,並開始嘗試改變;換句話說,他們正在覺醒,並將放棄有缺陷的方法。然而,我沒有看到任何覺醒。看到的只是一個又一個實驗返回著毫無意義的結果:沒有新的粒子,沒有新的維度;沒有新的對稱性。的確,資料中可能存在著這樣或者那樣的異常,其中有些最終會成為真正的大新聞。但是,實驗物理學家們只是在黑暗的錯誤中摸索。他們不知道新的物理學會出現在哪裡,而從事理論工作者卻並不能提供多少幫助。
如果要找出這場危機的真正原因,將來可能有很多方法和路徑,但我認為最好的方法是直接法,最好的路徑就是追根溯源,從這場危機中直接倒推,逐一查詢物理學基礎研究的問題所在。最終會發現,我們經常用到的物理學基礎——“萬有引力定律”居然是錯的。但是,我們卻日復一日,年復一年的在學習,在應用,已經到了根深蒂固無法自拔的境地。
如今看來,物理力學史上最大的一朵烏雲便是引力,特別是牛頓的萬有引力,不知有多少的物理科學家都倒在這一朵烏雲的“石榴裙下”,就連最偉大的物理學家愛因斯坦窮極大後半生都無法把引力和電磁力統一起來,還有其他的物理學家就不一一舉例了,正是因為這些物理學家都站在了牛頓這位錯誤的理論物理學家巨人的肩膀之上,以至於萬有引力一直延用至今。
讓我們再次回顧重溫牛頓的萬有引力。內容是:自然界中任何兩個物體都相互吸引,引力的方向在它們的連線上,引力的大小與物體的質量m₁和m₂的乘積成正比、與它們之間距離r的二次方成反比。公式:F=Gm₁m₂/r²。理論來源:物體在空氣中的自由落體運動,據說是受到了蘋果落地的自然現象啟發。適用條件:第一,兩質點間的作用;第二,可視為質點的物體間的作用;第三,質量分佈均勻的球體間的作用。對萬有引力的應用理解:其一,普遍性,即任何有質量的客觀存在的物體間都有這種引力;其二,相互性,滿足牛頓第三定律,即兩個物體之間的作用力和反作用力總是大小相等,方向相反,作用在同一條直線上;其三,宏觀性,通常情況下萬有引力非常小,只有在質量巨大的星體間或其附近空間才有意義;其四,兩物體間的萬有引力只與它們本身的質量和距離有關,而與物理所在空間的性質、是否受到其它外力等因素無關。萬有引力定律的推導:一.建立模型,太陽系中八大行星的軌道半長軸和軌道半短軸相差不大,所以建立如下的簡化模型。1.行星繞太陽做勻速圓周運動;2.太陽對行星的引力提供行星做圓周運動的向心力;3.所有行星軌道半徑的三次方跟它的公轉週期的二次方的比值均相等,即r³/T²=K。二.太陽對行星的引力規律的推導。1.設行星的質量為m,速度為ν,行星到太陽的距離為r,則行星繞太陽做勻速圓周運動的向心力為F=mv²/r。天文觀測難以直接得到行星運動的速度v,但可以得到行星公轉的週期T,它們之間的關係為v=2Πr/T,由以上兩式可得F=4Π²mr/T²,再由r³/T²=K,可得F=4Π²km/r²。2.結論,由於k是一個與太陽有關的常量,則4Π²k是一定值,那麼太陽對行星的引力與行星的質量成正比,與行星到太陽的距離的二次方成反比,即F∝m/r²。3.行星對太陽的引力,由前面的推導可知行星對太陽的引力F′的大小應該與太陽的質量M成正比,與行星到太陽距離的二次方成反比,也就是F′∝M/r²。4.得出結論,F∝Mm/r²,寫成等式就是F=GMm/r²。萬有引力常量G的測定:1.測定人:英國物理學家卡文迪許於1798年利用扭秤測定。2.物理意義 ,數值上等於兩個質量都是1kg的物體相距1m時的相互引力的大小。3.測定意義,有力的證明了萬有引力的存在;使定量計算得以實現;開創了測量弱相互作用的新時代。4.實驗器材包括石英絲、平面鏡、光源、刻度尺、倒立T形架,兩個質量1kg的金屬球等。5.實驗思想放大,利用四個球間引力;利用T形架的轉動即利用力矩增大引力的可觀察效果;利用小平面鏡對光的反射來增大可測量的扭轉角度。
然後,我們逐一分析問題,主要從以下五個方面進行展開分析,找出問題的癥結所在。
第一,從理論來源著手。物理學需要解釋或解決的宇宙現象應該具有普適性,或者說具有普遍實際存在性。我們從觀察宇宙物體運動的現象中出發,找尋萬有引力是否具有廣泛的存在性。在日常觀察中我們發現,並不存在超大型的相對靜止的物體拉扯離它很近的小型物體,除非是大型磁鐵吸引鐵屑、鐵釘,大型的鐵板、鋼管吸引小型磁鐵,然而這卻是磁力現象。即使我們看到的蘋果落地,也只是落在地表,並不是指向落在地心;還有我們看到的水往低處流、山體滑坡造成的泥石流、雪崩等,也不是朝著地心而去的。嚴格來說,這些現象的力的方向都指向地球的極軸或者說轉動軸的中心,都是地球自轉所造成的向心力。再隨便舉出幾個例子,就更加懷疑萬有引力的普遍性。如天上下雨、下雪或者下冰雹是怎麼形成的,物理學家都應該知道,主要是地表水被蒸發變成了水蒸氣,然後水蒸氣進入平流層,遇冷後結成水珠或冰晶,在地球的向心力的作用下而落在地表,並不是指向地心下落,這實際上與水的密度有很大關係,而水的密度的變化是在吸收能量或者釋放能量後被激發而改變的;又如龍捲風能將遠遠超過它質量的物體捲起並移動,這實際與龍捲風具有的動能量所產生的高速旋轉有關。再有行星的近日點和遠日點,這與行星繞太陽做勻速圓周運動完全不相符等。這些現象說明理論來源的普遍實際存在性值得懷疑。
第二,從萬有引力定律的推導上查詢問題。首先,建立模型的第一點行星繞太陽做勻速圓周運動就不符合等效態原理,按照開普勒第一定律:所有行星繞太陽運動的軌道都是橢圓,太陽處在橢圓的一個焦點上。說明行星運動的軌道必有近日點和遠日點,不可能做勻速圓周運動。更致命的問題是在推導的過程中牛頓運用了自己尚未證實的第三運動定律:兩個物體之間的作用力和反作用力總是大小相等,方向相反,作用在同一條直線上。先看作用力和反作用力的實驗演示:一.目的是探究一對相互作用力之間的關係;二.器材包括彈性係數、刻度、重量、大小都完全相同的彈簧測力計2個;三.操作:(1)將一個彈簧測力計B的一端固定,再將兩個彈簧測力計的掛鉤連線在一起;(2)用手拉彈簧測力計A。觀察兩個彈簧測力計的示數;四.現象是同一時刻兩個彈簧測力計示數總是相等,指標移動方向總是相反;五.結論:(1)指標移動方向反映彈簧測力計所受另一彈簧測力計的拉力方向。兩彈簧測力計的拉力方向相反;(2)彈簧測力計示數反映拉力的大小。實驗表明兩彈簧測力計之間的拉力大小總是相等,方向相反。彈簧測力計只是測量工具,實驗的實質是檢驗手的施力和固定的物體受力大小相等,方向相反,而不是作用力和反作用力大小相等,方向相反。按照力對物體運動的作用,嚴格來說,如果施力物體和受力物理的作用力和反作用力是大小相等,方向相反,這兩個物理只能是靜止的。如果一定要將錯就錯,太陽與行星之間的作用力和反作用力是大小相等,方向相反,然後進行推理,太陽也可以繞行星做勻速圓周運動,即使是蘋果與地球之間的作用力和反作用力如果大小相等,方向相反,那麼地心或整個地球也可以朝蘋果下落,這可能嗎?這與實際現象完全不符,所以牛頓的第三定律是謬論,是不存在的。而用一個不存在的定律推導一個公式,也是不成立的。我們在日常生活中也可以找一個特殊例項進行驗證,找兩塊大小、重量、磁場強度完全相等的條形磁鐵,相同的一極(N極或者S極)正面相對,平放在桌面上,由於兩塊條形磁鐵的磁力線疊加吻合,造成斥力相等,方向相反,但這也只是磁場相互作用力,是斥力而不是引力,並且兩塊條形磁鐵是相對靜止的。
第三,物理學需要解釋的宇宙現象要具有邏輯推理性,或者說可進行推論,就從行星繞太陽公轉對萬有引力公式進行分析。按照萬有引力公式F=Gm₁m₂/r²,根據作用力和反作用力之間的關係,G是常量,當行星與太陽的質量m₁和m₂不變時,行星和太陽相互吸引,則行星和太陽都朝它們的連線中間點運動,兩者之間的距離r會越來越小,當達到無窮小時,引力F就會無窮大,直到行星和太陽融合在一起,r為零。1894年,德國天文學家西利格提出了一個有趣的命題:若假定在無限宇宙中到處都均勻分佈著不動的恆星,萬有引力定律在宇宙中若普遍適用,那麼天體受到的引力將是無限大,它們在瞬時間會被撕裂粉碎或是有無限大的加速度。但實際並非如此。這種矛盾稱為西利格佯謬,也稱為引力佯謬。下面我們來論證,當把牛頓萬有引力定律用於計算無限宇宙中全部物質的引力時,牛頓萬有引力定律就會得不出確定的結果,就會失效。首先,考慮一個物質密度均勻的半徑為R的球體。將一個試驗天體A置於球體的中心,暫不計算球外的物質對A的引力,顯然,由於對稱的條件,組成球體的物質粒子的引力在其中心是平衡的,所以作用於天體A上的合力嚴格為零。也就是說,沒有任何力作用於天體A上。現在開始一層加一層地在球體上套加一系列具有同樣密度的球殼。可以證明,每一球殼對其內部均不產生引力,因而套加上這些球殼後,作用於A的引力仍然為零。繼續增加新的球殼直到無限,我們就得到充滿具有均勻密度的無限宇宙,在這宇宙中,引力作用於天體A的合力為零。我們再把論證交換一種方式進行。這次將試驗天體A不置於球體中心,而是置於球體表面。根據牛頓定律,作用於天體A上的引力F=GMm/R²,其中M是球體質量,m是天體質量。同樣在球體上一層加一層地套加上同樣密度的球殼,如上所述,這些球殼並不改變天體A所受的引力,所以作用於天體A的引力仍然是F。繼續增添同樣密度的球殼得到無限宇宙,但是天體A這次卻受到了引力F,由於M=4/3ΠR³ρ,F=4/3ΠGmρR,ρ為物質密度。選擇不同的初始球體R,可以得到任意大小的力F。這種情況表明,牛頓萬有引力定律不能無條件地用於計算無限宇宙中的引力。
第四,物理學需要解釋的宇宙現象要具有實驗可驗證性和可證偽性。卡文迪許的扭秤測定實驗,測定值雖然很小,卻已經相當精確了。但從實驗的嚴謹性和等效態原理上來說,實驗存在很大的侷限性和不確定性,那隻能是排除了其它作用力的狀態下,靜止的兩個物體間相互的作用力,也就是說這一實驗是在忽略態原理的基礎上進行的,它忽略了地球的自轉和公轉,忽略了實驗場地周圍物體的作用力,忽略了電場力和磁場力,正因為測量值很小,任何被忽視的作用力都可能達到這個數值。更不符合邏輯的是,在兩個相對靜止的物體上測得的常量G的數值,居然用到了天體的執行上。這裡再來演示毛錢管實驗,檢驗牛頓萬有引力的客觀性。目的:觀察輕重不同的物體下落的快慢,或者說是質量不同的物體下落的快慢。器材:長約1.5m一端封閉一端有開關的玻璃管一個、抽氣機一個、5角硬幣一枚、小羽毛一個等。操作:(1)將硬幣、小羽毛等放到玻璃管裡,將玻璃管倒立過來,觀察這些物體下落的情況;(2)用抽氣機把玻璃管裡的空氣抽出去,再把玻璃管倒立過來,再次觀察各物體的下落情況。現象:(1)未抽空氣時,硬幣落得快些,小羽毛落得很慢;(2)抽去空氣後,所有物體下落得一樣快。結論:(1)無空氣的空間,物體下落的快慢是相同的,與物體的輕重和質量無關;(2)在有空氣的空間,物體下落快慢不同的原因是空氣阻力的影響;(3)空氣阻力對輕重和質量不同的物體影響不同,造成輕的物體下落慢,重的物體下落快的現象。而按照牛頓的萬有引力定律,在距離相等的情況下,質量大的物體引力大,引力大的物體下落要快些,這在無空氣的空間是矛盾的。
第五,萬有引力主要運用於星體間或其附近空間,前面已經提了星體間運用的不合理的一些方面,這裡就著重從宇宙航行中查詢缺陷。人造地球衛星和宇宙飛船都是依靠運載火箭送入軌道的,實際需要在運載火箭上增加一個外力,這個外力要大於所承受的地球的向心力,根本牽扯不到運載火箭與地球之間的作用力和反作用力,兩個力同在運載火箭上,是重力和反重力,或者說是向心力和反向心力,是一對相反力。再如,現在發明使用的直升機,在飛機的旋轉槳葉轉動達到一定的速度後,能將整個機身豎直拉起,槳葉與整個機身的質量孰輕孰重應該不用我說了,還有孔明燈、熱氣球等。這些實際運用都說明,力不過是物質能量場不同的表達方式,是能量場賦予物體內在的和外在的運動能力。
從以上五個方面足以說明牛頓的萬有引力定律和運動第三定律的荒誕和缺陷所在,然而我們以及我們的下一代卻依然在學習,在應用。物理學的基礎理論都是錯了,爆發這場物理學基礎研究危機也就在所難免了,只有徹底摒棄了牛頓的萬有引力定律和運動第三定律,我們才能在危機中得以解脫。
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5 # 寒蕭99
因為這完全是兩個不同的常量。
圓周率是一個數學上的常量,是可以透過計算來得出的數值。最早計算圓周率的方法是幾何法,也就是我們常說的切割外圓,用直線內切割的方法來切割一個圓,這樣的話得出的數值就是圓周率。那麼理論上切割的約細緻,最後得出的數值也就約精確。
比如祖沖之就將圓周率算到了小數點後7位,就是用的這種方法。
後來,人們又找到了新的方法,就是分析法,人們利用無窮級數或無窮連乘積求π,擺脫可割圓術的繁複計算。這樣的極致記錄是算到了小數後808位。
我們現在是利用計算機來計算圓周率了,目前的記錄是31.4萬億位。
那麼萬有引力常數呢?也就是G值,這是一個測量常數,與計算出來的常數完全不是一個概念。
最早測量這個數值的是卡文迪許,他在1789年設計了一個扭秤裝置用來測量引力常數,當時得出的數值是6.754±0.041,這與現代的數值6.6732±0.0031已經是非常接近了。而最新的測量數值也不過是小數後5位的精度。
既然是測量值,就會受很多因素的影響,比如測量方法,測量工具,測量環境等因素,所以任何的測量值精度都是有限的。
比如我們測量一個物體的長度,用米尺測與用卡尺測,得出的精度肯定不同,但是即便用最精確的測量工具,其精度也是有限的。
因此,引力常數與圓周率是完全不同的兩類常數,引力常數是不可能像圓周率那樣精確的。
“不穩定的引力常數”是不是可以理解為兩個物體根本就沒有固定的引力值?
由於字數原因,我對`引力本質、做了一些實驗與邏輯推導會寫到下面的回答中,邀請您一起探討探討。謝謝!
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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資料,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內能的大小相關呢?內能差越大,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,也就是說相同溫度(內能)的1千克水與1千克油分別放到地球地心,地心下降的溫度是一樣的。
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?還準確推匯出引力常量。5.965*10^24到底是地球的內能還是地球的質量?我們根據 F=GmM/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。 我也做了個簡陋的扭秤,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)。
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。(此內能是暫停核聚變),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,結霜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)(這個僅僅是邏輯推理,猜測)。引力不是絕對的,我們分別把太陽、地球、月球的內能設為1000焦耳,100焦耳,10焦耳。然後把地球加熱到500焦耳,地球與太陽引力會變小,地球與月球引力會變大。
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。
微博暱稱:小冰球