題:
重力如何真正起作用
user11186
2016-03-14 09:29:22 UTC
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我只有12歲,我一直在想並試圖理解引力的真正作用。在YouTube上,每個人都經常談論物體扭曲自己周圍的時空,並使用蹦床的類比。我仍然不了解重力,因為如果空間像蹦床一樣,那麼地球將與其他所有行星一起向太陽旋轉,對嗎?那麼有人可以給我解釋一下在沒有蹦床類比的情況下重力是如何真正起作用的嗎?

重複於Phys.SE:http://physics.stackexchange.com/questions/243317/how-does-gravity-truly-work
我只是可以添加我的假設,這可能是錯誤的。但是據我所知,您的假設是地球會旋轉成太陽,這不是錯的。 AFAIK有2種方法。軌道運行的物體可能會逃脫或撞入軌道運行的物體。但這將需要很長時間。考慮到所有傾向於逃逸或撞向太陽的物體,這已經很久了。因此,地球和其他行星的移動幅度如此之小,以至於他們做了數十億年,並將繼續為數十億行星做貢獻。但是在無限的給定時間內,所有物體都會“一天” .....
墜入太陽或逃脫軌道。但我必須再次澄清。到目前為止,這是我所知道的。可能根本不正確。 (在哪種情況下,我想得到糾正。)
“現實世界”蹦床在其表面的物體上具有摩擦力,因此它們逐漸失去能量並向內盤旋。在太空中沒有摩擦,因此行星保持恆久運轉。
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強制性[XKCD參考](https://xkcd.com/895/)。
@Luaan:哇...得消化一下。這實際上不符合我對重力的想像。但是感謝您的啟發!
強制性[Feynman參考](https://youtu.be/MO0r930Sn_8)。 (談論磁鐵,但有關如何思考事物的課程適用於任何科學。)
https://www.youtube.com/watch?v=MTY1Kje0yLg該視頻是我最喜歡的可視化效果之一。
@Zaibis不要太開悟了-我認為Luaan錯了。如果制動軌道上的物體,則確實會損失能量和高度。在新的最低位置(近地點),它將具有更高的速度,但是在任何時候,新速度和來自重力場的“勢能”之和總是小於原始軌道,這表明遠地點的速度太慢,無法維持原來的更高軌道(我們將其放慢了!)。 cf.我對Luaan在下面我的帖子下發表的評論的回复。他混淆了兩個無關的潮汐對月球的影響。
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@PeterA.Schneider:“嘗試通過放慢速度來提高球的速度……”什麼不起作用?!如果是這樣,我想我明白了。
@Zaibis為避免混淆:不能通過減慢速度將球從“重力井”(蹦床表面的低谷)中移出。您需要*加速*它。儘管它會失去從谷底爬出的動能-邊界情況是它在無限距離處處於靜止狀態(大蹦床,eh)。現在,所有動能都存儲在重力場中(就像分離相反的電荷將能量存儲在電場中一樣)。在兩種情況下,都可以通過回落來回收能量。
@Luaan如果您想試驗軌道,我可以推薦免費的iOS遊戲[Space Rider](https://itunes.apple.com/us/app/space-rider-free-game-by-top/id466987838?mt= 8)。它並不總是直觀的,但總是合邏輯的;-)。 (那對我們有什麼看法?)
@PeterA.Schneider嗯,當然,您需要添加勢能。我只是在談論軌道速度,也許這就是聽起來如此怪異的原因。圓形軌道的速度與半徑成反比。我認為很明顯僅僅放慢物體的速度是不夠的-如果是這種情況,我們的太空船將很難回到地球表面:D當您放慢速度時,您將在您的軌道運行更快(忽略大氣層),反之亦然那就是“大規模簡化”部分-我只是在談論圓形軌道。
我發現PBS時空視頻質量不錯(儘管到目前為止我還沒有看完)。他們仍然有試圖盡快講話的惱人的美國紀錄片習慣,但是它們出奇的準確。 https://www.youtube.com/watch?v=YycAzdtUIko&list=PLsPUh22kYmNAmjsHke4pd8S9z6m_hVRur特別涉及相對性。它遠遠超出了通常流行的“解釋”,並且最終應該給您“ Aha”時刻,因為它不會使理論失真到僅僅是混亂和無用的地步。
@Zaibis很抱歉給您帶來混亂,我正在談論圓形軌道(這是“大規模簡化”部分)。當您在圓形軌道上並減速時,軌道的另一端會深入到井中(“向下”),並且速度會更快-換句話說,您不再在圓形軌道上。相反,要到達更高的軌道,您需要提高速度,但是一旦到達最高點,您的行駛速度就降低了(需要增加速度進行圓化,儘管仍然比在軌道上慢得多)較小的軌道)。
“蹦床”需要重力來解釋重力...並且在模擬兩個物體的問題時會崩潰……因此這不是有效的解釋。引力子理論解釋了重力,但因慣性問題而分崩離析。最好的解釋是中微子弦感應..滿足了重力問題和慣性。相對論既適合於特殊理論,也適合於一般理論。請嘗試訪問www.themechanismofreality.com進行全面討論。容易閱讀... hofmannfan似乎已經在15-20分鐘內閱讀了它。
五 答案:
Peter - Reinstate Monica
2016-03-14 15:22:47 UTC
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首先:“引力如何真正起作用”是一個深層的問題,任何認真的科學家都會很快承認,我們所擁有的只是一個不完整的工作模型。您當然聽說過廣義相對論;頁面上的第一張圖片是您的蹦床。

我們的工作模式,廣義相對論,正在工作,因為它很好地解釋了許多觀察結果。 (小心,這裡還有一個深層次的問題徘徊:“解釋”意味著我們可以使用我們心中的引力模型來預測來自其他觀察結果的一些觀察結果。這不一定意味著我們理解了潛在的“真實本質”問題。)但是我們非常有信心該模型可以在廣泛的觀察範圍內工作。遵循這些預測並因此使我們對模型更有信心的最後一次“首次”觀察是兩個黑洞最近發生碰撞。最近?好,數十億年前。我們最近才了解它。這是《紐約時報》文章的鏈接,其中有一段令人印象深刻的視頻。 (我認為仍然可以免費閱讀有限數量的Times文章,因此請嘗試一下。)

我們的引力模型不完整,因為它與我們對其他事物(基本粒子,量子物理學)擁有的自然模型。一段時間(大約70年),它根本沒有連接。愛因斯坦本人完全沒有把這些點聯繫在一起,這可能並不令人鼓舞,因為他因奠定了量子物理學的基礎之一而獲得諾貝爾獎,並且顯然是關於引力的權威。如果他做不到,誰會做?

如果我沒記錯的話,今天的物理學家正在緩慢地取得進步。量子物理學與重力之間的這種聯繫是現代物理學中尚未解決的主要問題之一。

最後,讓我解決您對行星盤旋進入太陽的擔憂。我想,這個想法可能來自於實際蹦床上螺旋運動的實際球。您可能知道球由於摩擦而失去速度,就像停止踏板時放慢自行車的速度一樣。一些動能轉化為熱。

您知道嗎?你是對的。如果有足夠的時間,這些行星最終將掉入太陽。幾年後,低速飛行的衛星又落回了地球,因為仍然有大氣的痕跡使其減速。原因是宇宙中所有大規模過程都涉及廣義的“摩擦”。這實際上是構成我們所知世界的基本物理原理之一。只是行星之間的近真空不會提供那麼多的摩擦力,並且行星是相當龐大的物體,具有巨大的質量和動能。他們要花很長時間才能失去足夠的能量,以至於它們太靠近以至於不能碰到太陽。 (也許太久了,根本不可能發生。)實際上,在人類一生中,行星,衛星和物體幾乎是無摩擦運動的完美示例。但是在數十億年的天文時間尺度上,肯定有摩擦。例如,由於摩擦減慢了月亮的自轉速度,所以現在的月亮總是向我們顯示相同的一面,因此自轉的軌道現在被“鎖定”了。 “迄今為止的所有大規模觀察;如果忽略摩擦,則“蹦床”是二維“空間”(即表面)的良好模型。

月球也比過去更遠。潮汐摩擦減小了其軌道速度,從而“增加”了軌道半徑。如今,半徑每年增加約四厘米。
+1表示“我們不確定,但這是根據觀察得出的一些最佳猜測。”
請更正關於月亮的說法。月亮並非偶然地被同步(“鎖定”),而是由於潮汐引力-月亮的近側承受的重力比另一側更高。如果該力的旋轉速度低於軌道運動的速度,則該力實際上可以使物體增加旋轉力。
@libik我看不到任何需要糾正的內容(特別是我沒有說或暗示“偶然”,相反,我提到了摩擦是原因)。有人可以提到潮汐力,但我認為摩擦力足夠好而不會繞道而行。您會提出一個有趣的觀點,即由於潮汐力可能會加速旋轉。但相對於其軌道參考係而言,它仍然在減速(接近於0)。
@Luaan有兩種作用力。 (1)月亮通過“旋轉的地球”施加在潮汐力上的潮汐力從地球的自轉中獲取能量,使它在地球自轉的方向上加速。正確地說,這使它(緩慢地)在地球的重力中升高得更高。 (2)地球非均勻重力場中*月球的旋轉*引起的月球週期性變形(“捏合”)將部分旋轉能轉化為熱,最終使軌道和旋轉同步,此時幾乎沒有月球潮漲了(我認為這是由於解放造成的那些潮)。
@PeterA.Schneider當然,對此沒有爭議。也許我應該停止簡化太多。再讀一遍我寫的...我可以理解為什麼您會認為這具有誤導性。我忽略了您的(2),因為正如您指出的那樣,今天它僅用作維持平衡的一種方法-鎖定。我想說的一種更準確的說法是“在保持大致圓形軌道的同時增加了軌道速度,這導致了更大的軌道半徑,但*的軌道速度更小”。
SE - stop firing the good guys
2016-03-14 10:59:15 UTC
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為什麼對像不能逃逸

首先考慮一個具有速度且沒有重力作用的對象:

escaping?

然後,如果藍色物體向同一方向延伸,它將變得越來越遠。

但過一會兒,藍色物體就不會沿相同方向延伸。 ,黑色大物體的重力改變了方向:

new course

這種情況一次又一次地發生:

repeat

您的問題是:為什麼對像不螺旋進入?您可能會認為,當它靠近時,重力會變強,因此物體被迫靠近。

但是當它靠近時,其速度會增加。如我們所見,物體的速度試圖使其逃逸。因此,當距離更近時,它就有更大的速度來抵消增加的重力。會引起摩擦,因此會呈螺旋狀,但是空間是真空的。

我認為,為什麼​​它不會掉落的關鍵是,在太空中我們沒有摩擦-在蹦床上,能量不斷地通過摩擦從球上移走,而在太空中,沒有任何東西可以減慢我們的星球的速度,所以它一直在繼續
@Jeff編輯
我在高中時的物理老師說:“地球一直向著太陽下落,但由於速度太快,它仍會錯過。”
Santiago
2016-03-14 12:54:03 UTC
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如果您在廣義相對論框架內了解重力,則可以使用蹦床類比。那裡的概念性問題是,時空實際上是包裹在4中,而不是3個維度,即包括時間。

實際上,當地球繞太陽旋轉時,它損失的極小引力波形式的能量。因此,地球實際上正在向太陽旋轉。問題是這種引力波的發射是如此之小,以至於當我們觀察到任何明顯的螺旋運動時,地球和太陽將已經不復存在。在此之前,由於經典牛頓力學已包含的混沌效應,太陽系變得不穩定。

Artelius
2016-03-15 09:46:21 UTC
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好問題!

您聽說過牛頓第一定律嗎?它表示運動中的物體會繼續以相同的速度和相同的方向運動,除非受到力的作用。

當我們沿著地面滾動球時,它將最終停止。在牛頓之前,許多人認為一切都會自行減慢。牛頓的見解是事實並非如此,實際上,滾動球減速的唯一原因是地面和空氣摩擦或推動該球使其減速。

在蹦床上,球會摩擦蹦床材料和空氣,從而減慢其速度。這是球最終朝中心旋轉的唯一原因。

當沒有任何東西可以減慢物體的速度時,它不會朝著中間旋轉,它將一直不斷旋轉。在太空中,幾乎沒有任何東西可以減慢物體的速度。

如果難以相信,您可以編寫一個計算機程序來進行所有計算,然後看看會發生什麼!我為您做了示例仿真。您將看到,在沒有摩擦的情況下,行星每次繞太陽運行都將在其起點處結束。如果將行星的初始速度從20更改為40,然後在頂部單擊“運行”,您將看到一個更圓的軌道。您可以更改其他內容並查看會發生什麼。希望您覺得這有用!

不錯的模擬。 (儘管行星靠近它後逃避了太陽。:-))
這是一個複活節彩蛋;)實際上,這是一個很好的討論點,它提醒我們,模擬僅模擬重力,而不是碰撞,而且當行星真正靠近太陽時,模擬的時間步長很大的誤差。可以通過更複雜的數值方法(例如Runge-Kutta)來減少這種情況,但現在我已經超出了問題的範圍!
我不知道執行此操作時是否是相同的模擬,但是如果將for循環條件更改為`i <1`而不是`i <5`,並且將超時參數更改為setInterval到`10`,與“ 100”相比,該模擬的觀看效果更加令人愉悅。它的運行速度稍快一些,但是幀速率卻更高,因此外部物體的運動不會那麼參差不齊。
謝謝亞歷克斯!實際上,超時參數應該為20,然後(假設您的CPU足夠快)是相同的模擬。在我的計算機上,這會使模擬速度降低了25%,這可能是因為我的CPU速度不夠快。儘管如此,它看起來確實更平滑。這是一個新的簡化版本:https://jsfiddle.net/0erknpk8/38/
SkipBerne
2016-03-15 21:32:09 UTC
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中微子線感應折射是引力的原因。有人會說中微子是微不足道的,但是狄拉克,霍金和泰森卻不這麼認為,並且大多數都反對帶電粒子以光速傳播的影響。請記住,沒有人能夠或已經證明質量是物質的財產,更不是一種作用。

請訪問www.themechanismofreality.com,此站點確切說明了重力的工作原理。每個檢查此事的物理學家都同意這是正確的。從歐洲核子研究中心到北京大學物理系,這都是“引力子物理學與弦理論之間的奇妙聯繫”!LIGO和重力波的宣布也間接證實了這一點。

這是僅鏈接的答案。 (不鼓勵使用),該文件在最後似乎有點怪異。
我有一種that的感覺,即缺乏數學,參考資料和協作能力表明這不是革命性的科學,而至多是一部通俗的科學文章。這很難;當然,不應只是為了顯得嚴肅而隨意添加數學。但是這種孤獨的,改變範式的突破(我認為是在這裡聲稱,因為我之前從未聽說過)是極為罕見的。
為了使本文中的理論更可口,您可以嘗試將其放在上下文中。就像,從傳統理論(及其著名的支持者)認為中微子開始,它是如何相互作用的,以及為什麼不同的假設可以解釋重力。


該問答將自動從英語翻譯而來。原始內容可在stackexchange上找到,我們感謝它分發的cc by-sa 3.0許可。
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