重力如何真正起作用


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我只有12岁,我一直在想知道并试图了解重力的真正作用。在YouTube上,每个人都经常谈论物体扭曲自己周围的时空,并使用蹦床的类比。我仍然不了解重力,因为如果空间像蹦床一样,那么地球将与其他所有行星一起向太阳旋转,对吗?因此,有人可以向我解释在没有蹦床类比的情况下重力是如何真正起作用的吗?



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“现实世界”蹦床在其表面上的物体上具有摩擦力,因此它们逐渐失去能量并向内盘旋。在太空中没有摩擦,因此行星保持恒星近乎永远旋转。
pjc50 '16

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强制性XKCD参考
恢复莫妮卡

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强制Feynman参考。(谈论磁铁,但是关于事物的思考方法在任何科学中都适用。)
jpmc26

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@Zaibis不要太开悟-我认为六安完全是错的。如果制动轨道上的物体,则确实会损失能量和高度。在新的最低位置(近地点),它将具有更高的速度,但是在任何时候,新速度和来自重力场的“势能”之和总是小于原始轨道,这证明了它远地点的速度太慢,无法维持原来的更高轨道(我们将其放慢了!)。cf. 我对Luaan在下面我的帖子下发表的评论的回复。他混淆了两个无关的潮汐对月球的影响。
彼得-恢复莫妮卡

Answers:


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首先:“重力如何真正起作用”是一个深层的问题,任何认真的科学家都会很快承认,我们所拥有的只是一个不完整的工作模型。您当然听说过 广义相对论;页面上的第一张图片是您的蹦床。

我们的工作模型“广义相对论”之所以起作用,是因为它很好地解释了许多观察结果。(小心,这里还有一个深层次的问题徘徊:“解释”意味着我们可以使用我们心中的引力模型来预测来自其他观察结果的一些观察结果。这不一定意味着我们了解了潜在的“真实本质”问题。)但是我们非常有信心该模型可以在广泛的观察范围内工作。遵循这些预测并因此使我们对模型更有信心的最后一次“首次”观察是两个黑洞最近发生碰撞。最近?好,数十亿年前。我们最近才了解它。这是纽约时报文章的链接,其中包含令人印象深刻的视频。(我认为仍然可以免费阅读有限数量的《泰晤士报》文章,因此请尝试一下。)

我们的引力模型不完整,因为它与我们对其他事物(基本粒子,量子物理学)所拥有的自然模型没有很好的联系。一段时间(大约70年),它根本没有连接。爱因斯坦本人完全没有把这些点联系在一起,这可能并不令人鼓舞,因为他因奠定了量子物理学的基础之一而获得了诺贝尔奖,并且显然是关于引力的权威。如果他做不到,谁能做?

如果我没记错的话,今天的物理学家正在缓慢地取得进步。量子物理学与重力之间的这种联系是现代物理学中尚未解决的主要问题之一。

最后,让我解决您对行星盘旋进入太阳的担忧。我想,这个想法可能来自于实际蹦床上螺旋运动的实际球。您可能知道球由于摩擦而失去速度,就像停止踏板时放慢自行车的速度一样。一些动能转化为热。

你知道吗?你是对的。如果有足够的时间,行星最终将掉入太阳。几年后,低空飞行的卫星落回地球,因为仍然有大气的痕迹使它们减速。原因是宇宙中所有大规模过程都涉及广义上的“摩擦”。这实际上是构成我们所知世界的基本物理原理之一。只是行星之间的近真空不会提供那么多的摩擦,并且行星是相当庞大的物体,具有巨大的质量和动能。他们要花很长时间才能失去足够的能量,以至于它们太靠近以至于不能碰到太阳。(也许太久了,根本不可能发生。)实际上,在人类一生中,行星,卫星和物体几乎是无摩擦运动的完美示例。但是在天文时间尺度上-数十亿年- ,肯定摩擦。例如,由于摩擦减慢了月亮的自转速度,所以现在的月亮总是向我们显示相同的一面,以至于现在的旋转被其轨道“锁定”了。

底线:重力使空间和时间弯曲的想法“解释”了迄今为止的所有大型观测。如果忽略摩擦,则“蹦床”是二维“空间”(即表面)的良好模型。


月亮也比过去更远。潮汐摩擦减小了其轨道速度,从而增加了轨道半径。如今,半径每年增加约四厘米。
六安2013年

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+1表示“我们不确定,但这是根据观察得出的一些最佳猜测。”
Cort Ammon-恢复莫妮卡

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请更正关于月亮的说法。月亮并非偶然地被同步(“锁定”),而是由于潮汐引力-月亮的近侧承受的重力比另一侧更高。如果该力的旋转速度慢于轨道运动的速度,则该力实际上可以使物体增加旋转力。
libik

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@libik我看不到任何需要纠正的内容(特别是,我没有说或暗示“偶然”-相反,我提到摩擦是原因)。有人可以提到潮汐力,但我认为摩擦力足够好而不会绕道而行。您可能会因潮汐力而加速旋转,从而提出有趣的观点;但相对于其轨道参考系而言,它仍然在减速(接近于0)。
彼得-恢复莫妮卡

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@卢安(Luaan)有两种潮汐作用。(1)月亮通过旋转的地球施加在潮汐力上的潮汐力从地球的自转中获取能量,从而沿地球自转的方向加速。正确地说,这使它(缓慢地)在地球的重力中升高得更高。(2)由于月球在地球非均匀重力场中的旋转而引起的月球周期性变形(“捏合”)将一些旋转能转化为热,最终使轨道和旋转同步,此时几乎没有潮汐更多(我相信这是由于解放所致)。
彼得-恢复莫妮卡

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为什么物体没有逃逸

首先考虑一个有速度但没有重力作用的物体:

转义?

然后,如果该蓝色物体向同一方向延伸,它将变得越来越远。

但是它并没有沿着相同的方向继续,过了一会儿,黑色大物体的引力改变了方向:

新课程

这一次又一次地发生:

重复

您的问题是:为什么物体不螺旋状进入?您可能正在考虑,随着距离的临近,重力变得更强,因此物体被迫靠近。

但是,当它靠近时,其速度会增加。如我们所见,物体的速度试图使其逃逸。因此,当距离更近时,它具有更大的速度来抵消增加的重力。

编辑:为了更直观地解释您的问题,原始比喻中的蹦床会引起摩擦,因此会呈螺旋状,但空间是真空的。


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我认为,为什么它不会掉落的关键是,在太空中我们没有摩擦-在蹦床上,能量不断地通过摩擦从球上移走,而在太空中,没有任何东西可以减慢我们的星球的速度,所以它一直在继续
Jeff

@Jeff编辑于
Hohmannfan'Mar

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我在高中时的物理老师说:“地球一直向着太阳下落,但由于它的速度,它仍然会错过它。”
彼得-恢复莫妮卡

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如果您在广义相对论框架内了解重力,则可以使用蹦床类比。那里的概念问题是,时空实际上是包裹在4中,而不是3维,即包括时间。

实际上,当地球绕太阳旋转时,它以引力波的形式损失了非常少量的能量。因此,地球实际上正在向太阳旋转。事实是,这种引力波发射非常小,以至于当我们观察到任何明显的螺旋运动时,地球和太阳将已经不复存在。在此之前,由于经典牛顿力学已包含的混沌效应,太阳系变得不稳定。


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好问题!

您听说过牛顿第一定律吗?它说运动的物体除非受到力的作用,否则继续以相同的速度和方向继续运动。

当我们沿地面滚动时,球最终将停止。在牛顿之前,许多人认为一切都会自行减慢。牛顿的见解是事实并非如此,实际上,滚动球减速的唯一原因是因为地面和空气摩擦或推动该球使其减速。

在蹦床上,一个球会在蹦床上的材料和空气上摩擦,从而使其减慢速度。这是球最终向中心盘旋的唯一原因。

当没有什么东西可以减慢物体的速度时,它不会向中间盘旋,只会永远旋转。在太空中,几乎没有任何东西可以使物体减速。

如果您觉得难以置信,则可以编写计算机程序进行所有计算,然后看看会发生什么!我为您做了一个示例仿真。您将看到,在没有摩擦的情况下,行星每次绕太阳运行都将终止于其开始的位置。如果将行星的初始速度从20更改为40,然后在顶部单击“运行”,您将看到一个更圆的轨道。您可以更改其他内容,然后看看会发生什么。希望这个对你有帮助!


不错的模拟。(尽管行星在靠近后逃脱了太阳。:
彼得-恢复莫妮卡

它是一个复活节彩蛋;很大的误差。可以通过更复杂的数值方法(例如Runge-Kutta)来减少这种情况,但现在我已经超出了问题的范围!
Artelius

我不知道执行此操作时是否再使用相同的模拟,但是如果将for循环条件更改为i < 1而不是,i < 5并且将超时参数更改为setInterval 10而不是100,则观看该模拟会更加愉快。它的运行速度稍快一些,但是帧速率却更高,因此外部物体的运动不会那么参差不齐。
Alex

谢谢亚历克斯!实际上,超时参数应该为20,然后(假设您的CPU足够快)是相同的模拟。在我的计算机上,这可能会使模拟速度降低25%,这可能是因为我的CPU速度不够快。不过,它看起来确实更平滑。这是一个新的简化版本:jsfiddle.net/0erknpk8/38
Artelius

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中微子弦感应折射是引力的原因。有人会说中微子微不足道,但是狄拉克,霍金和泰森则认为相反,并且大多数都反对带电粒子以光速传播的影响。请记住,没有人能够或已经证明质量是物质的财产,更不是一种作用。

请访问www.themechanismofreality.com,此站点准确解释了重力的工作原理。每个检查此事的物理学家都同意这是正确的。从欧洲核子研究中心到北京大学物理系,这都是“引力子物理学与弦理论之间的奇妙联系”!LIGO和重力波的发布也间接证实了这一点。


这是仅链接的答案。(不鼓励使用),该文件在最后似乎有点怪异。
Hohmannfan

我有一种na的感觉,即缺乏数学,参考资料和协作能力表明这不是一门革命性的科学,而至多是一部通俗的科学文章。这很难; 当然,不应只是为了显得严肃而随意添加数学。但是这种孤独的,改变范式的突破(我认为是在这里声称,因为我之前从未听说过)是极为罕见的。
彼得-恢复莫妮卡

为了使本文中的理论更可口,您可以尝试将其放在上下文中。首先,从传统理论(及其著名的支持者)认为中微子是什么,以及中微子如何相互作用,以及为什么不同的假设可以解释重力。
彼得-恢复莫妮卡
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