大自然偏好平方反比定律,引力和库伦力是什么?
引力与距离呈平方反比定律,或许正说明我们的宇宙空间是三维的。
物理学中有四种基本力,其中强力和弱力只在微观尺度有效,电磁力和万有引力的作用范围是无限的,而且电磁力和万有引力都满足平方反比定律,实现生活中还有很多物理现象满足这一规律,比如灯泡的光照强度也是和距离平方成反比。
平方反比定律指的是物体或者粒子的强度,与距离的平方呈线性衰减,为了证明库伦力和万有引力严格遵循平方反比定律,实验科学家花了不少心血;万有引力非常微弱,使得万有引力的测量非常困难,但是库伦力很容易测量,目前科学家对库仑力指数的测量精度,已经达到了2±10^-10。
假如电磁相互作用不严格遵循平方反比定律,那么光子的静止质量将不严格为零,真空中的光速也将不固定,电荷也将不守恒,这会使得现有的整个物理学大厦坍塌,所以平方反比定律对于物理学来说非常重要。
电磁力和万有引力在形式上的这种相似性,是否存在更本质的原因,目前还有待人们去探寻,我们不妨从空间维度出发,来简单探讨下平方反比定律。
首先,电磁力和万有引力都可以用“场”来描述,分别叫做电磁场和引力场,场是物质的一种,它真实存在,而且有能量有动量,这是物理学中一个非常重要的概念,一旦离开了场,我们会发现很多物理问题变得棘手。
比如做加速运动的电荷会辐射电磁波,从而使自身受到一个阻尼力,这个力就没有反作用力;还有假如太阳发生超新星爆炸,地球要8分钟后才受影响,那么在这8分钟之内,地球受到的引力也没有反作用力,而且动量守恒定律也将被破坏。如果其中引入电磁场施加了反作用力,以及引力场带走了动量,那么这两个问题就能轻松得到解决。
有了场的概念,我们再来看平方反比定律就容易很多,一个点质量激发的引力场是向四周扩散的,无论扩散多远,场的矢量加起来都应该和初始时一致,因为场是物质,在电磁场中就对应高斯定律(磁场∮BdA=0,电场∮EdA=q/ε)。
我们把场想象成一个点光源,并且向三维空间中发射光子,距离发散点的半径为r时,发散面的面积为A=4πr^2,于是光子的扩散密度和距离平方呈反比,这或许就是平方反比的物理意义。
这一切都得益于我们宇宙空间是三维的,或者说电磁相互作用和万有引力在三维空间中传播,这个定律其实也可以利用数学推广到任意维度N,在N维度扩展的场强强度,与r^(N-1)呈反比。
所以大自然偏好平方反比定律是有着深刻原因的,至于强力和弱力,由于只在微观尺度有效,而且形式更为复杂,在超弦理论中描述还有七个维度蜷缩在微观世界,这之间是否存在联系谁也说不清楚。
平方反比定律指的是物体或者粒子的强度,与距离的平方呈线性衰减,为了证明库伦力和万有引力严格遵循平方反比定律,实验科学家花了不少心血;万有引力非常微弱,使得万有引力的测量非常困难,但是库伦力很容易测量,目前科学家对库仑力指数的测量精度,已经达到了2±10^-10。
引力指的是两个物体之间的吸引力,库仑力是指粒子在磁场产生转向的力,我觉得这两个力都是很奇怪的存在。
因为这一切都得益于宇宙空间是三维的,或者说电磁相互作用和万有引力在三维空间中传播 。
射线检测平方反比定律公式
射线检测平方反比定律公式C=e\/ d^2。平方反比定律指物体或粒子的作用强度,随距离的平方而线性衰减,即作用力与距离平方成反比关系。例如天体之间的万有引力,电荷之间的库仑力,或灯泡的照度都是随着距离的平方线性衰减。相关信息 1、平方反比定律是指射线强度与距离的平方成反比的规律,其数学式为I2\/...
牛顿的故事
关于声的速度,牛顿正确地指出,声速与大气压力平方根成正比,与密度平方根成反比。但由于他把声传播当作等温过程,结果与实际不符,后来P.-S.拉普拉斯从绝热过程考虑,修正了牛顿的声速公式。 数学方面的贡献 17世纪以来,原有的几何和代数已难以解决当时生产和自然科学所提出的许多新问题,例如:如何求出物体的瞬时速度与...
辐射距离平方反比定律
但在整个电中性宇宙中,万有引力使天体有规律地按轨道运动,它就象一根指挥棒,调节着整个宏观世界的运动。两个平方反比定律,是物理学生存与发展的基础,支撑着物理学这根擎天大柱,而它们却以惊人相似的表述形式展现于我们面前,我们相信世界是统一的,自然科学便是一种追求真、善、美的科学。
引力为何与距离的平方成反比?平方反比有何特殊意义?
因为空间是3维的。除了距离这个维度之外,剩下的还有2个维度。假设引力的影响在中心质点的位置是个常数,它从中心往外均匀的发散出去,总和依然是个常数。越往外距离越远,等距离的球面越大,单位球面上的引力场强度就越小。球面的面积与距离的平方成正比,引力自然就与距离的平方成反比了。可以认为,...
牛顿有什么成就
牛顿把推导、计算方法详尽地写入他的《原理》(第 3版)第一编第二章命题4定理4下面推论1中,明确地指出:“因此,由于这些圆弧代表运动物体的速度,向心力就是这个速度的平方除以圆周半径。”从这里可以看出,向心力的求得对于距离平方反比定律的推导是不可少的。顺便提一下,惠更斯从不同途径推导得离心力方程和牛顿...
反比定律是什么意思
反比定律的应用:在现代科学中,反比定律被广泛应用于物理学、化学、生物学和社会科学等领域。例如,在物理学中,牛顿的万有引力定律就是一个典型的反比定律,两个物体之间的引力与它们之间的距离的平方成反比,也就是说,当两个物体之间的距离增加时,它们之间的引力会相应地减少。在化学中,反比定律...
牛顿是谁?
在同一时期,雷恩、哈雷和胡克等科学家都在探索天体运动奥秘,其中以胡克较为突出,他早就意识到引力的平方反比定律,但他缺乏象牛顿那样的数学才能,不能得出定量的表示。 牛顿运动三定律是构成经典力学的理论基础。这些定律是在大量实验基础上总结出来的,是解决机械运动问题的基本理论依据。 年,牛顿出版了代表作《自然...
什么是以太?
由于法国笛卡儿主义者拒绝引力的平方反比定律,而使牛顿的追随者起来反对笛卡儿哲学体系,因而连同他倡导的以太论也一同进入了反对之列。随着引力的平方反比定律在天体力学方面的成功,以及探寻以太得试验并未获得实际结果,使得超距作用观点得以流行。光的波动说也被放弃了,微粒说得到广泛的承认。到18世纪后期,证实了电荷之间...
到底引力为什么与距离的平方成反比呢?
例如,光源发出的光也形成球形光场,光的强度其实跟重力是一样的,与距离平方成反比,这实际上其实就是光的强度与光形成的球面场的表面积成反比,库仑定律中距离的平方反比也是如此。显然,所有遵循距离平方反比定律的自然现象都与球面有关,当然,万有引力现象也是不例外的,这其实就是重力与距离平方成...
闪光灯如何使用 怎么利用闪光灯营造好光线
许可的情况下,我都会使用SOFTBOX,而且与主体距离非常之近,因为灯愈近,光愈柔,而且光近的话,根据 平方反比定律 愈近光源的话,光的变化愈大,愈能造出戏剧性的光线。 因为光太远的话,光会没有变化,令相片变得平面。 在拍摄人像照的话,如对方是望向镜头的话,眼神光就更加重要,所以拍摄望向镜头的照片的话,灯光...
田叔瑞健:[答案] 库仑定律和万有引力定律的公式形式很接近主要是指它们都是平方反比律,这是由于传递电磁力的虚光子与传递引力的虚引力子都是静止质量为0的媒介玻色子,这是两者的共同之处,正是这一点导致了两者都是平方反比律. 但从本质上来讲,两者是...
若尔盖县15956982669: 万有引力和库仑力的关系 - ?
田叔瑞健: 万有引力同两物体质量的乘积成正比,同距离的平方成反比;库仑力同两点电荷电量乘积成正比,同距离得平方也成反比.两个定律研究的都是两个性质类似的物体相互的作用力,很自然的,他们必定与两者都有关系,所以说让人困惑的只是力...
若尔盖县15956982669: 库仑定律和万有引力定律的公式形式很接近,那么它们之间有什么关系吗? - ?
田叔瑞健:[答案] 库仑定律和万有引力定律的公式形式很接近主要是指它们都是平方反比律,这是由于传递电磁力的虚光子与传递引力的虚引力子都是静止质量为0的媒介玻色子,这是两者的共同之处,正是这一点导致了两者都是平方反比律.但从本...
若尔盖县15956982669: 由于万有引力定律和库仑定律都满足平方反比定律,因此引力场和电场之间有许多相似的性质,在处理有关问题时可以将它们进行类比.例如电场中反映各点电... - ?
田叔瑞健:[选项] A. G M (2R)2 B. G m (2R)2 C. G Mm (2R)2 D. g
若尔盖县15956982669: 万有引力定律和库伦定律有什么关系?
田叔瑞健: 答: 1、它们都是平方反比定律,根据矢量分析和场论可以证明,它们的共性: (1)、有场源存在:库仑定律的场源是电荷;万有引力定律的场源是质量; (2)、有势、无旋:都有势能存在,都是无旋场,都是保守场. 2、它们是自然界四大基本力中的两种远程力,在理论上,它们作用距离是∞. 另外的两种力:强相互作用力、弱相互作用力都是近程力,局限于核内部. 3、库仑定律是通过光子进行作用,已经得到证实; 万有引力定律是通过引力子进行作用,尚未得到证实. 4、库仑力的强度是万有引力的10^38倍.
若尔盖县15956982669: 万有引力和库仑定律有何关系 - ?
田叔瑞健: 万有引来力是属于万有引力作用,在世界万物时时刻刻存在着,哪怕这个再大,或者再小,但是一般只有宏观大距离的物体才会有明显的体现,比如地球与太阳自之间,或者地球与卫星之间百.万有引力的存在与是否带电没有关系,比如中子之间有万有引力,虽然很微弱微弱,但没有库仑力. 库仑定律适用于点电荷,也就是电荷自身的尺寸相度对于电荷间的距离很小.
若尔盖县15956982669: 库仑定律及表达式与那个定律相似,这两个定律有哪些相同和不同处 - ?
田叔瑞健: 库仑定律和万有引力定律.1、牛顿万有引力定律: 任意两个质点通过连心线方向上的力相互吸引.该引力的大小与它们的质量乘积成正比,与它们距离的平方成反比,与两物体的化学本质或物理状态以及中介物质无关.公式为: F=G・m...
若尔盖县15956982669: 为什么万有引力定律,库伦定律都是平方反比 - ?
田叔瑞健: 万有引力定律:任意两个质点通过连心线方向上来的力相互吸引.该源引力的大小与它们的质量乘积成正比,与它们距离的平方成反比,作用力的方向在它们的连线2113上. F=Gm1m2/r^2库伦定律:在真5261空中两个静止点电荷之间的相互作用力与距4102离平方成反比,与电量乘积成正比,作用力的方向在它们的连线上,1653同名电荷相斥,异名电荷相吸.F=Kq1q2.r^2
若尔盖县15956982669: 库仑定律与万有引力的关系是什么 - ?
田叔瑞健: 1万有引力使用于宏观,库仑定律使用于微观,课本有相应解释.2公式可类比记忆3二者的关联似乎至今无人可以解释,爱因斯坦死前就在推倒万能公式,可惜致死没推出
若尔盖县15956982669: 万有引力跟库伦定律有什么联系 - ?
田叔瑞健: 库伦定律与万有引力定律都是近似公式,库仑定律是麦克斯韦方程组的特殊情况,万有引力定律更精确的用广义相对论.而广义相对论与麦克斯韦方程组两个方程相差很大.所以可能两者相像是由于开始人们喜欢用线性的关系去近似周围世界有关,当然它们之间也可能有更深的内在联系.