世界上为什么会于地球引力

世界上为什么会于地球引力
世界上为什么会于地球引力

世界上为什么会于地球引力
空间 引力扭曲空间,也可以说是膨胀使空间扭曲.牛顿被苹果砸到,换一种说法 牛顿撞到了苹果.用于宇宙在不断膨胀,可是为什么我们没粘在一起呢?空间,空间存在压力使我们不会粘在一起.这就是为什么2个物质靠近,还会产生斥力的原因.在太空加速运动的飞船理你会感到重力.在坠落的电梯你感觉不到重力.但是还有一点,我们在宇宙中,而且我们还是人类,我们无法高于人类的思想以令一种形式看我们的这个宇宙.一切都在发现,一切都在探索,永远没有止境.引力是什么?茫茫宇宙由无数个星系、星体组成,这些天体沿着各自的轨道秩序井然地运转,组成一个和谐的宇宙大家庭,是什么神奇的力量把这些天体组合在一起的呢?人们认为是引力.然而引力的实质是什么呢?早在1679年,著名科学家牛顿提出了万有引力定律,认为天体间因有质量而有引力,并且发现了引力对一切物体的作用性质都是相同的.例如,当地球引力把任何一个物体吸引到地面时,其加速度是9．8米／秒’.很显然,牛顿所提出的引力,实际上就是重力.但是引力是如何实现的呢?它的作用机制是什么? 万有引力定律不能解答.引力与电力有相似之处,如二力均与物体间距离的平方成反比,与两物体所带力荷(引力是质量,电力是电荷)的乘积成正比.但二力的比例系数相差悬殊,电力远远大于引力.例如,在氢原子中,原子核与电子间的电吸引力是它们间引力的 1040倍!二力间还存在一些其他的差别,如(两物质的)同性电荷间存在相互排斥力,异性电荷间存在吸引力,而万有引力却总是吸引力.1916年爱因斯坦广义相对论的问世,提出了崭新的引力场理论.他认为由引力造成的加速度,可以同由其他力造成的加速度区分开来.这个命题就是爱因斯坦的等价原理,即一个加速系统与一个引力场等效.我们设想,一个人在远离地球的太空中乘一架升降机上升,上升的加速度为9.8米／秒·平方,由于速度变化产生了阻力,这个人双脚会紧紧压在升降机的底板上,就像升降机停在地球表面上不动一样,但无法说明他所受到的是引力还是惯性.因此,牛顿所说的万有引力,在爱因斯坦看来,根本不是什么引力,而是时空的一种属性.在这种成曲线的四维时空连续体中,根本不需引力．天体是按自己应有的曲线轨道运行的.1918年爱因斯坦根据引力场理论预言有引力波存在.他认为高速运动着(加速运动)的物质会辐射引力,引力波就是这种引力的载体,就像光波是电磁力的载体一样.引力波的速度与真空中的光速相同.例如,在太阳和地球之间就是靠引力波传递引力子而实现相互作用的.因此,引力波存在与否,是广义相对论的又一个关键性验证.引力波非常微弱.据计算,用一根长20米、直径1.6米、重500吨的圆棒,以28转／秒的转速绕中心转动,所产生的引力波功率只有 2.2× 10的负29次方瓦；一次17000吨级核爆炸,在距中心10米处的引力波充其量也只有10的负16次方瓦／厘米·平方.因此,引力波在目前还无法直接测量.按照爱因斯坦的理论,自然界也应存在引力波,正如电荷的运动会产生电磁波一样,物体的运动也会产生引力波,引力波的传播速度为光速.这是电力与引力间又一个重要的相似特性.但只有宇宙中具有巨大质量(几倍于太阳质量)的运动天体才可能产生强烈的引力波.最早动手检测引力波的是美国马里兰大学的物理学家韦伯博士.60年代他建立了世界上第一套引力波检测装置：一根长153厘米、直径61厘米、重约 1.3吨的圆柱形铝棒——后人称之为韦伯杆,横搭在由两个铁柱子支着的钢丝上.铝杆质量虽大,钢丝却几乎无丝毫振动.韦伯推测,铝杆若能接收到来自太空的一束强引力波,就会摆动起来,但摆动很可能是很轻微的,他估计摆动幅度可能只有原子核直径(10的负15次方米)那么大,附近卡车开过等引起的地面震动均可能导致韦伯杆产生如此幅度的振动.为确认检测的确实是引力波,他还在 1000公里之外的芝加哥阿岗国家实验室安装了一个类似的仪器.他想,假如有一个引力波扫过整个太阳系的话,则两个仪器都会同时作出同样的反应.1969 年6月,他宣布检测到了引力波.但后来科学家用更精确的仪器再也未检测到,现在一般认为,韦伯的实验结果有误.韦伯检测器工作在室温(27℃左右)环境,由于受分子热运动噪声的限制,最高灵敏度只能达10的负16次方量级,用来检测引力波尚不可能.1974年美国人泰勒领导的实验小组,用射电望远镜对天空扫描,发现了离地球15000光年的一颗脉冲星发出的脉冲信号,又经过近4年的观测,间接证实了引力波的存在.脉冲星是急速旋转的中子星,它是一个内部停止了核燃烧而被压得极端紧密的恒星体.它与另一个中子星一起相互绕转,构成一个双星体系.按照爱因斯坦的理论,这个双星体系应能发射引力波,从而带走一些能量,使双星轨道慢慢缩小,周期慢慢变短.这些变化尽管都很微小,却可以从它们发出的脉冲信号到达地球的时间精确计算出来.4年的观测表明：双星轨道周期总共减少了万分之四秒.这个结果恰好与爱因斯坦的理论相符.这是人类第一次间接证实了引力波的存在.但是,这毕竟是间接证明,还不能由此得出引力波真实存在的结论.70年代中期到80年代中期,出现了工作在低温条件下的第二代引力波检测器(韦伯检测器为第一代).如美国斯坦福大学建成了低温引力波天线装置：天线是圆柱形的铝棒,长3米,重4.8吨,工作在液氮温区,灵敏度达5×10的负19次方,能检测出振幅为1.5×10的负16次方厘米即约千分之一原子核半径或者一百万亿分之一头发直径的振动.日本东京大学平川诺平教授的引力波检测工作也令人耳目一新.其众多实验均以频率为千赫量级的高频引力波为检测对象,这是与科学家迄今所知道的最强天体引力波源相对应的.平川则创制了一种共振低频引力检测器(方形或扭摆型天线),明确以蟹状星云中的高速自转脉冲中子星NP0531+21为检测对象,该星自转周期为33毫秒,所发引力波到达地面的强度约为10的负27次方量级.平川的引力波检测器分别设立在东京和筑波科学城,经在低温条件下的长时间积累,灵敏度已达10的负25次方.在进入20世纪80年代之后,前苏联科学家乌恰耶夫又提出了“中微子引力论”.传统理论认为,中微子不带电荷,无静止质量,它以光速运动,几乎不与物质发生作用,可以顺利穿过地球.但是近年来发现中微子还是有静止质量的,不过其质量极小,约10的负32次方克.科学上发现的中微子实际上有三类：电子类、μ介子类和,介子类.例如,在太阳核聚变反应中辐射的是电子类中微子,它们在到达地球前某个时候就已经变成了μ介子类或,介子类中微子了.如果一类中微子能变成另一类,它们就必须具有一定的质量了.有质量就可能对物体造成冲力.乌恰耶夫以“中微子气”代替引力波,认为在充满宇宙间的中微子气中,中微子以亚光速进行着杂乱无章的运动,其中一部分总是要被天体吸收的,结果每一天体都获得一种“脉冲力”,此脉冲力大小等于其吸收的中微子质量与其速度乘积.在日地系统中,地球向日面承受的中微子流比背日面要弱,由此产生的脉冲力恰好抵消地球绕太阳运动的离心力.宇宙间各天体运动都可以如此解释.在这里根本不需要吸引之力.当然,这个理论只是一种探讨,并无实验事实作依据.不过由于中微子在宇宙演化过程中起着重要作用,对它的认识还有待进一步深化.因此,乌恰耶夫的说法或许是有一定道理的.那么,引力的本质到底是什么?是重力,引力波,还是中微子?现在,科学家又在改进检测器或创制新的检测器,以求检测到引力波.例如,美国计划分别在东西两岸建立臂长为3.2公里的激光检测器,经多次反射,总光程可达100公里,其灵敏度估计可达10的负21次方.前苏联科学家提出,引力既然能使空间弯曲,引力波将使空间弯曲程度发生改变,由是,电磁场就会因其存在空间的改变而改变,只要检测到这种改变,就算检测到了电磁波.我国科学家提出,引力波会使物质的超流态发生改变.罗马尼亚学者则提出,引力波将使约瑟夫森结电流受到影响.这些效应均可用来检测引力波.