求助：关于万有引力的信息

Question

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Answer 1

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　　三百多年前牛顿提出了万有引力定律，它描述了宇宙乃至万物所遵循的一种规律，为我们解决了许多实际问题。然而它面临许多问题，具体如下：

　　1． 起源问题：万有引力为什么与质量的乘积成正比，质量这个属性为什么会产生引力，而不会产生斥力呢？中国古代的哲学家有“一阴一阳谓之道”的说法，遍观宇宙人间无不透着这朴素的哲学思想，男女、阴阳、正反、虚实、有无、正负、大小等等，这种对立统一的规律到处存在。自然规律作为“道”的一种也不会例外，而万有引力却难于自圆其说。另外，库仑力与距离平方成反比，是因为电磁波或电磁场辐射出去以球面的形式向外扩散，球面与半径的平方成正比，自然单位面积上的辐射程度与半径的平方成反比；而万有引力并非是一种向外辐射的引力场，何以也与距离的平方成反比？牛顿当初把这个定律压了十五年才发表，说明他对这个定律存在相当的疑虑，那就是“为什么”的问题。

　　2． 作用因子的问题：按照牛顿当初的思想，万有引力为超距作用，而爱因斯坦的相对论否定了这种作用，认为任何物体间相互作用的传递都不会超过光速。传递电磁力的光子遵循这样的规律可以理解，而传递万有引力的“引力子”也要这样吗？真的存在“引力子”吗？为什么一直检测不到呢？

　　3． 万有引力常量G的不确定问题：科学家在精确测定万有引力常量时发现，G在一定精度上会随测量物体的物质结构的不同而发生变化。在用万有引力考察宇宙时发现，随着宇宙的膨胀G值会减小。而G值在不断的变化中，万有引力定律还能成为一个真正的定律吗？另外，与万有引力有极大关系的重力所产生的重力加速度g即使在地球同一地点也会因使用不同的物体而有所变化，这是为什么呢？在科技飞速发展的今天，美国发射的宇宙探测器也会常常丢失，这是什么原因造成的呢？

　　以上都是值得我们深思的问题，又考虑到，万有引力定律和库仑定律之间具有极大的相似性，它们各自的公式为 ，，让人们联想到其中有本质的联系。但他们常量之间或力之间的差异却是巨大的，例如电子和质子之间库仑力与万有引力之倍数差为，似乎难于寻求它们的融合点。

　　[i]我们知道，万有引力是作用于宏观物体之间的长程力，而电磁力也属于长程力，并且两者都遵循迭加原理。如果考虑不带电的宏观物体之间的电磁力会是多少呢？也许人们认为他们会互相完全抵消为零，可事实并非如此，也正因为这之间的差异才造就了我们这多彩的世界。任何物体都是由原子或分子构成的，让我们就从构成物质的最基本微粒原子入手，了解一下宏观物体之间的电磁力。例如，拿两个氢原子来比较，它们中间既存在斥力又存在引力，斥力有两个原子的质子和质子之间的库仑力以及电子和电子之间的库仑力，引力有第一个原子的电子和第二个原子的质子之间及第一个原子的质子和第二个原子的电子之间的库仑力；又由于电子在运动着，它们之间彼此还存在磁力（包括电子自旋产生的）作用，可能是引力，也可能是斥力。这里的引力之和和斥力之和绝对相等吗？不是的，与它们之间的距离有关系，在一定距离它们会吸引并结合成氢气分子；所有由原子结合成分子的形式都与原子和原子之间的电磁力有关，这在分子化学中很清楚，正因为电磁力的存在，物质微粒结合形式不同，才造成了物质分子的多样性。那么分子和分子（包括有些原子和原子）之间的力是怎样的？由于既存在电磁斥力又存在电磁引力，分子力有时表现为引力有时表现为斥力。参照下图，距离小于r0时，随距离的减小斥力和引力同时增大，但斥力增大快，对外表现为斥力；距离大于r0时，随距离的增大斥力和引力同时减小，斥力减小快，对外表现为引力。一般认为，大于10r0可忽略其为零。但我认为虽然随距离的增大其表现出来的引力非常微小，可仍不可忽略，因为万有引力是比电磁力小1039的力。我们有理由认为虽然一个物体中的分子和另一个物体中的分子之间的电磁引力在宏观距离是非常微小，但考虑到宏观物体由大量数目的分子组成，电磁力又是可迭加力，其作用效果可能并不小。例如地球和地面上的人，构成一个普通的人的质子电子对就约为个，而地球的质量大约是人的1023倍，能认为这个人和地球之间的电磁力在经过1051倍的叠加后仍为零吗？我认为，由于人们的粗心，误将宏观物体之间的微弱电磁力认为是万有引力。或者说，所谓的万有引力实际是宏观不带电物体间电磁力的外在表现。根据以上的理解我提出以下观点：
　　第一，宇宙中只有三大相互作用，弱力、强力、电磁力。正如《老子》所言，“道生一，一生二，二生三，三生万物”，这三种相互作用不仅彼此有联系，而且造就了这繁华而多彩的物质世界。所谓“万有引力”无非是电磁力在宏观不带电物体间的表现。电磁力在宏观不带电物体间既存在引力又存在斥力，在分子尺度表现为分子力，在宏观距离及星体间表现为引力，在更大宇观距离如星系间可能表现为斥力。电磁力在宏观不带电物体间力的大小除与它们之间的距离有关系外还与物体的结构有极大关系，如质子、电子、中子、亚核粒子的个数，排列方式，运动状态，是否自旋等。
　　第二，不存在“万有引力”，万有引力定律不过是一种近似的巧合规律，更精确的规律与物质结构有关。重力实质是电磁力在地球和地球表面物体间的宏观表现，重力加速度并不完全决定于所在地球的位置，还与所研究的物体的组成物质微粒（分子、原子、电子、质子、中子等）的个数、排列情况、运动状态等有关。不存在所谓的“引力质量”，不因为物体有质量而存在引力，不能用天平或电子秤准确测物体的质量，也不能用所谓的“万有引力定律”准确测天体甚至宇宙的质量，只能用牛顿第二定律测物体惯性质量的方法来测物体的质量。不存在“引力子”，宏观物体间的相互作用完全是通过光子进行的。也不存在“引力场”、“重力场”，都是电磁场的作用。一切与万有引力有关的规律都是电磁力作用的结果，万有引力来源于电磁力，包括光在引力场中的弯曲都是电磁场对电磁波作用的结果。
　　可能有人要说，万有引力是理论总结和实践相结合的产物，并被证明是正确的。但要认识到它有文章开头所说那许多缺陷，而电磁力就没有；相反，电磁力更符合中国古代的太极图思想，老子说：“万物负阴而抱阳，冲气以为和。”电和磁不就是阴阳统一体吗？有时为斥力有时为引力，不正符合阴阳中又有阴阳的思想。而且，宏观物体间的电磁力理论不仅能解释何以此力与质量的乘积成正比，并能解释更多万有引力理论所不能解释的问题。具体如下：
　　1.从库仑定律中可看到，向外辐射的场本来就与距离的平方成反比，与距离的关系不必解释。与质量的关系：由于每个宏观物体的质量粗略的和它中间所含的质子个数成正比，故人们将本应是由于质子电子对个数增多而迭加的与质子电子对个数成正比的电磁力误认为是万有引力。由电磁力的迭加原理可推出宏观物体间电磁力的粗略计算公式为，其中k’是一待测的常量，其中N1、N2表示两个物体中各自所含的质子或电子个数，r表示它们质心间的距离，F表示宏观物体间电磁引力和电磁斥力之差或外在表现力。这个公式适用于不带电的宏观物体在宏观距离下的作用。可以看出，这个公式能适用的地方“万有引力定律”恰好适用。由于在分子尺度电磁力表现为分子力，故由此理论可预测分子或量子尺度的粒子之间不会有所谓的“万有引力”，也不会有因“万有引力”在小尺度上无限迭加而形成的黑洞，除非电磁力在宏观物体间的迭加能有这样的效果。要解释的一点是，宏观物体间的电磁力与物质结构有很大关系，要知原子中的中子也有自旋，和另一物体中质子电子中子也可能有一定的作用，因此上式是忽略了它的作用而得出的式子，要精确可能还须改进。另外，由于在宏观尺度上物体自身有不同的物质结构，物质微粒的排列方式、运动状态等发生变化都可能引起电磁力的变化，故说明上式是一“粗略”计算式，因此也没有给出其常量数值；而宇宙空间也有不同的星体结构，上式在宇宙大尺度上如遥远的星系间可能已不适用。
　　2.“2003年2月11日，美国太空总署公告当时探测到的宇宙学参数，认为宇宙中存在“反引力”，因为观测结果表明许许多多的星系正在“加速远离”，而不是在引力作用下减速。”这是引用某网站的原话。当人们观察到不符合万有引力定律的现象时，总喜欢另外寻找其它力的影响，以为是“反引力”或是“第五种力”甚至是“第六种力”的作用，却不重新认识已有的定律是否还能经住实践的考验。按照新理论（万有引力来源于电磁力）理解宇宙学规则认为，由于在分子尺度以上宏观物体间的电磁力表现为引力，而其中电磁引力和电磁斥力同时存在，在宇宙更大尺度上构成星系的天体结构同我们宏观物体或星球的物质结构有巨大的不同，不能认为其间还会表现为引力。中国先贤哲学《易经》思想中有“物极必反”、“此消彼长，此长彼消”的道理，由于组成星系的分子数目极多，已远超过了带电粒子间的电磁力对“万有引力”的强度倍数，在分子数目多到极致的情况下预测，星系间正如分子尺度的r0以内，表现为“万有斥力”。如此，则可以解释何以遥远的星系加速远离我们而去，并且越远越快。当年爱因斯坦在宇宙方程中引入斥力项也就找到可以存在的依据了，不过这个斥力项只能在大尺度的星系间才能表现出来。
　　3.1986年初美国物理学家费希巴克（E. Fischbach）和四位同仁在著名的「物理评论通讯」刊物上发表文章表示自然界可能有第五种力存在，他们所根据的就是「重力加速度值」（g）的异常现象——在同一地方不同物体之重力加速度值不同。据新的理论可看出，这正是万有引力来源于电磁力的一个推论，不同的物体的物质微粒个数不同、排列方式不同、运动状态不同，虽然相对于地球的物质微粒各方面影响要少得多，但总可以产生出可观察的效应，那就是引力不同。即使是相同质量的物体因物质结构的不同在同一地点测量引力也会有差异，而造成我们认为「重力加速度值」（g）的异常。刘武青做了许多这方面的实验[ii]，其中一个实验是用电子天平测两个圆柱形磁体的质量的对比实验，把它们竖直磁极对磁极叠放在一个金属筒中，发现处于排斥叠放位置时其质量要小于吸引叠放时的质量；另外一个实验是测定电容器在充电和放电时质量的变化，发现有些质量增加而有些质量减少。刘武青认为这是被屏蔽的电磁力影响万有引力的效应，并将此申请成发现专利。殊不知，自然界的长程力只有电磁力一种，这不过是同一物体的物质微粒（如电子、质子、中子）的排列结构、运动状态（如绕核旋转或自旋）发生改变而引起地球和物体间电磁力发生改变的一个例证而已。而且宏观物体间的电磁力不能屏蔽，因为任何宏观物体都是由原子分子构成的，其中必定含有电磁力能够作用的物质微粒电子质子等，其中包括屏蔽物体。由以上实验可知，不能够通过测物体间引力（宏观物体间的电磁引力）的方式准确测定物体的质量，也不能够准确测定某地的重力加速度；否则，如要认为质量不变则重力加速度有异，要认为重力加速度不变则质量有异。
　　4.狄拉克于1937年提出了著名的大数假说，其内容是：“自然界出现的任何两个很大的无量纲数是彼此相关的，他们都由一个简单的数学关系相联系”，[iii]他描述了从粒子世界导出的极小和从宇宙太空导出的极大数之间的必然关系。由于宇宙太空和粒子世界都是同一个相互作用电磁力的作用结果，故它们之间的联系是必然的，大数假说必能在新理论的基础上成为大数定理。其中提到万有引力常数G值随时间将变化，由新理论可知，本不存在这么一个相互作用，必然这个假想的常数会因时间、地点、物质结构而变化。
　　5.人们根据质量和光度的比值测量出的质量，总比根据星系周围的物质转动曲线、双星系的万有引力和动力学平衡条件等力学的方法得出的质量要小得多。这是什么原因呢？有人由此断定宇宙中存在着大量有力学效果而不发光的暗物质，这是无稽之谈。因为新理论预言，不能用“万有引力”的方法准确测定物体的质量（包括天体的质量），而且在更大尺度宇观范围内“万有引力”要表现为斥力。同时也告诉我们，宇宙学需要新的理论，也许将是一种大尺度的膨胀结合小尺度的环绕理论。不过我相信，天上人间将遵循同一种“道”，上帝不会将宇宙造的连他自己也理解不了。
　　在以上问题中，一方面，万有引力理论难于解释其成因；另一方面，又为万有引力来源于电磁力理论提供了理论依据。其中，涉及引力质量的变化及有无，我们知道，引力质量等于惯性质量是广义相对论的基础之一，是否它会动摇相对论的根基，爱因斯坦的质能方程是否需要重新考证。大爆炸宇宙学说在宇宙的质量问题、将来的发展预测等方面也需要进一步的发展。由于本人知识有限，新的理论还要更多的有识之士来完善，要做出预测并能被实践所检验的理论才是好理论。

参考资料：http://zhidao.baidu.com/q?word=%CD%F2%D3%D0%D2%FD%C1%A6&ct=17&pn=0&tn=ikaslist&rn=10

Answer 2

任意两个物体或两个粒子间的与其质量乘积相关的吸引力。自然界中最普遍的力。简称引力，有时也称重力。在粒子物理学中则称引力相互作用和强力、弱力 、电磁力合称4种基本相互作用。引力是其中最弱的一种，两个质子间的万有引力只有它们间的电磁力的1／1035 ，质子受地球的引力也只有它在一个不强的电场1000伏／米的电磁力的1／1010。因此研究粒子间的作用或粒子 在电子显微镜和加速器中运动时，都不考虑万有引力的作用 。一般物体之间的引力也是很小的，例如两个直径为 1米的铁球 ，紧靠在一起时 ， 引力也只有2.83×10-4牛顿，相当于0.03克的一小滴水的重量 。但地球的质量很大，这两个铁球分别受到4×104牛顿的地球引力 。所以研究物体在地球引力场中的运动时，通常都不考虑周围其他物体的引力。天体如太阳和地球的质量都很大，乘积就更大，巨大的引力就能使庞然大物绕太阳转动。引力就成了支配天体运动的唯一的一种力。恒星的形成，在高温状态下不弥散反而逐渐收缩，最后坍缩为白矮星、中子星和黑洞 ， 也都是由于引力的作用，因此引力也是促使天体演化的重要因素。

万有引力的发现过程

在谈论万有引力发现的事件时，对於当时天文学及力学的发展情形也得有一些说明，才能了解当时代科学的背景，以及它是如何影响刺激牛顿发现万有引力。

有关力学:

牛顿了解伽利略早先所发展出来的惯性观念，他知道在不受外力作用的情形下，动者恒做等速度直线运动。他也知道若一个运动中物体的速率或运动方向有了变化，其中必定有力的作用。当时的牛顿，受到天文学家哥白尼提出的「地球绕日的圆形轨道」的影响可能正对月亮的运行轨迹不是直线、是绕著地球的圆形轨道而深感困惑。但是他已知道，由海更士提出「一物体要作圆周运动需要施一个向中心的力量」的理论。由天文看，行星绕太阳运动也应需要一向心的吸引力量，可是，这个力到底是什么?

有关天文学:

西元1543年哥白尼提出天体运行论，以太阳为诸行星的运转中心和地球自转来解释星象，对人类以自我为中心的宇宙观作了一个革命性的改变。其后克卜勒分别在西元1609年提出行星运行第一定律「运行的轨道为椭圆，太阳位在椭圆的一焦点上」及第二定律「等面积定律；行星与太阳连线在相同的时间内，扫过的面积相同」及西元1619年提出的第三定律「周期定律；行星周期T的平方正比於轨道平均距离的立方」这三个定律揭示出几个问题:

1. 轨道可以是圆的，也可以是椭圆的，什么样的作用方式，可以形成这样的轨道运行呢?

2. 太阳处於椭圆一焦点上，显示行星是绕著太阳的，是什么力量使它们绕著太阳转呢?

3. 由周期与轨道半径的关系(周期平方正比於轨道半径三次方)，这又意味著是什么作用的方式所形的呢?

牛顿的伟大，就是看出了月亮是一直朝著地球「掉落」的，道理就和苹果的掉落相同。他推论月亮与苹果掉落的原因，都是由於地球重力在拉的结果。

掉落中的月球

牛顿又进一步发展他的想法。他比较了掉落中的苹果与掉落中的月亮，后来牛顿了解到，如果月亮没有朝著地球掉落的话，它将会做直线运动，最后则会脱离绕地轨道，所以他认为月亮正绕著地球而掉落(月球可是很认真的掉唷)。因此，月亮必定掉落在那条没受到外力时应该会走的下方。牛顿大胆地假设，月球在重力的吸引下，只是一个绕著地球转的抛体而已。至於月球的切线速度是怎么来的，可能就是在宇宙大霹雳、创世之时就决定了，而月球的切线速度大小将会决定它绕地球的轨道是圆形、椭圆形、抛物线、双曲线或是撞上地球。

牛顿的万有引力之简单涵义

牛顿并不是发现了重力，他是发现重力是「万有」的。每个物体都会吸引其他物体，而这股引力的大小只跟物体的质量与物体间的距离有关。牛顿的万有引力定律说明，每一个物体都吸引著其他每一个物体，而两个物体间的引力大小，正比於这它们的质量，会随著两物体中心连线距离的平方而递减。牛顿为了证明只有球形体可把「球的总质量集中到球的质心点」来代表整个球的万有引力作用的总效果而发展了微积分。然而不管距离地球多远，地球的重力永远不会变成零，即使你被带到宇宙的边缘，地球的重力还是会作用到你身上，虽然地球重力的作用可能会被你附近质量巨大的物体所掩盖，但它还是存在。不管是多小还是多远，每一个物体都会受到重力作用，而且遍布整个太空，正如我们所说的「万有」。

牛顿与万有引力定律

牛顿第一定律为:一切物体总保持运速直线运动状态或静止状态,除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态.

牛顿第一定律又叫惯性定律.

牛顿第二定律为:物体的加速度跟作用力成正比,跟物体的质量成反比.

牛顿第三定律为:两个物体间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反,作用在同一直线上.

万有引力的形成原理

万有引力是存在于任何物体之间的相互吸引力。两个物体见的万有引力，其大小和他们的质量的乘积成正比，和他们的距离成反比。

—《新华字典》

人们都知道，爱因斯坦是一代物理大英雄，他在生活的几十年中，同样要思考这个本质问题，为什么物质间会有万有引力，特别是在他的晚年，进行了力场的统一研究，尽管在物理科学的统一研究上没有过多成绩，必定是做了一定的工作，给后人的研究带来一定的启示。特别是爱因斯坦的相对论，为了说明物质质量与能量间的关系，建立了质能方程，为了说明自然界的光速为极限速度，他假假设了自然界存在的光速度是极限速度，没有比这个速度更大的速度，当物质速度叠加的时候，相对速度不会超过光速，并且速度越大，物质的质量越大，这个系统称为爱因斯坦的狭义相对论；为了说明物质间存在万有引力，爱因斯坦认为宇宙就相当于一个网，一个物质的存在，都会将这个网压得变型，使物质周围的时空发生弯曲，从而让另一个物质存在相对运动的趋势，这个运动趋势相当于存在的这个物体对它的作用力，这个称为广义相对论。

爱因斯坦的相对论，非常高深，能够听明明白的人很少，能够理解的人更是少之甚少。今天我们用光子是物质的基本粒子，来进一步说明，物质间存在万有引力是一个很简单的问题，它变得非常轻松，理论上容易理解。因为自然界的存在本来就是非常简单的事，是因为人类的社会属性，让人类变得与自然界不同，并且由于人类的思想、听觉、文明、文化，长期过着人类的社会生活，让人类忘记了自然界的共同语言，让人类失去了与自然界直接交换全面光子信息的能力，而只交换频率范围非常窄的光子信息，让人类自己走上了极端，是人类自己变得复杂，反倒对自然界不容易理解。

我们知道，由光子是物质的基本粒子来看，物质的构成本身没有意义，如果物质不能够与环境中的其它光子信息相互作用，它就不能将自己的能量、存在形式、表达给自然界，自己就是以纯暗物质的形式存在，尽管自己的寿命表现为无限长久，但是对环境、对自己没有意义，只有它不断与环境的其它光子信息相互作用光子能量，才能将自己的能量、质量表现出来，自己的光子信息才能变化，自己才能由生长到死亡，才能有自己存在的意义；这就是说任何物质，只要它存在，它就会不断地与环境中的其它光子信息相互作用，这样，物质的存在，各种作用力的存在，事实上，是通过自己周围的光子信息场完成的。

如图所示，物质 A 存在，是物质 A 不断与环境作用光子信息能量，而表现自己的质量，当物质 B 存在的时候，由于 B 也要不断与环境的光子信息相互作用，这 B 就不同程度地影响了 A 周围的光子信息内容，从宏观的角度来看，是 B 挡住了来自 A 周围的光子信息，改变了 A 周围的光子信息场，从大的方面来看，是来自于左方的光子信息能量要多一些，来自于 A 的右方光子信息能量要少一些，宏观表现为 B 对 A 有一个作用力，这个作用力，是所有物质共有的，称为万有引力。

也可以说成是，由于 B 的存在，导致了 A 周围的光子信息力场的形状发生了变化，这个力场的形状发生了变化，本来没有 B 的时候，物体 A 是一种平衡状态，有了 B 以后，光子信息的力场发生了变化，物体 A 的作用力，由于平衡变成了不平衡，人们自然会说，这是物体 B 存在的结果，是物体 B 对 A 的作用力。

参考资料：baidu

Answer 3

楼上的基本正确，但是在开头注意了，万有引力不是重力，是看都没看就粘过来的吧？重力是地球上的物体受到地球的万有引力的一个垂直于地面的分力，另一个分力是物体随地球自转的向心力。