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为什么不同的物质只要质量相同就会产生相同的引力?

2018.08.23

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根据现有理论引力就是由物质质量产生,同等质量的任何物质都产生相同的引力。


大科学家牛顿提出了万有引力定律,苹果瓜熟蒂落掉在地面和月球的长久相伴,是因为同等性质的力。根据质量乘积正比距离平方反比的万有引力公式来看,计算引力的时候也只是仅算质量,并没有分物质。万有引力是宇宙天体系统的主要粘合剂,宇宙的规律应该是至简至纯,难以想象会出现因物质不同而产生不同的力。


那么引力的本质到底是什么,为什么不同的物质只要质量相同就会产生相同的引力?


这就要从本质上讲万有引力,爱因斯坦提出的广义相对论认为,万有引力是时空弯曲的外在表现形式。简单来说就是“天体告诉时空怎样弯曲,弯曲的时空告诉天体怎么运动”。在这里就避开了不同物质的打扰,引入了第三者时空。无论是什么物质都可以使时空发生弯曲,时空弯曲的程度因质量大小而定。把时空比喻成一层薄膜,那么一颗颗天体就像是这张薄膜上的小球,质量大的薄膜弯曲的越大,黑洞可能就会使薄膜变成一个垂直的洞。


关于引力本质的探究,量子力学曾引入引力子的概念,但是这条路暂时并未走通,所以目前来说关于引力就是上边两种理论。两种理论都认为引力只跟质量有关,不在乎是什么种类的物质。


如果不考虑广义相对论里的说法,牛顿的理解是:引力产生于质量,或者说有质量的物质“之间”存在天然的相互吸引力,这个力就是万有引力。


通过研究牛顿发现,这个力的大小有规律可循,它与两物体质量的乘积成正比,与两物体距离的平方成反比。也就是说,引力至于质量和距离有关系,跟不同的物质没关系。


如果考虑广义相对论,引力的实质是空间的扭曲,而造成空间扭曲的因素也是质量本身,离这个质量中心越近,空间扭曲得越厉害,离得越远,空间受到的影响就不大。这跟牛顿的观点是一个道理,与距离成反比,与质量的量成正比,也是只与距离和质量有关,与物质的种类无关。

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