Почему гравитация является лишь силой притяжения?

9

Согласно универсальному закону притяжения, любые два тела (имеющие некоторую массу) испытывают силу «притяжения», которая пропорциональна ... и ... обратно пропорциональна ...

Тогда возникает мой вопрос: почему сила должна быть только типа «притяжение»? Почему это не должно быть отталкивание / любой другой вид силы?

gravity Меа Калпа Най
источник

Недавно в New Scientist была статья об этом. Он описывал исследование того, как антиматерия (предположительно имеющая отрицательную массу ) реагирует под действием силы тяжести Земли. Считается, что антивещество (особенно в данном случае антиводородное) может расти, а не падать.

бета-распад

Вышеупомянутая статья

Beta Decay

6

@ BetaDecay Я не уверен, о чем идет речь в этой статье. Никакие реальные предсказания в физике не предполагают, что античастицы имеют отрицательную массу. Из википедии : «Частица и ее античастица имеют одинаковую массу, но противоположны электрическому заряду и другим квантовым числам».

зефир

Я думаю, что вопрос сформулирован таким образом, что ограничивает обобщение. Я думаю, что главный вопрос заключается в том, является ли гравитация проявлением некоторой более широкой теории при определенных граничных условиях. Теория гравитации Ньютона основана на «обычных наблюдениях» и работает очень хорошо для большинства человеческих соображений. Расчеты, основанные на теории Ньютона, доставили людей на Луну и обратно. Однако для орбиты Меркурия и времени GPS необходимо учитывать релятивистские соображения. Итак, вернемся к тому, что должно быть вопросом? Учитывая, что «темная энергия» заставляет вселенную расширяться быстрее и быстрее

MaxW

Тот же вопрос на доске по физике. phys.stackexchange.com/questions/11542/… Вы можете найти частицы Spin 1 и Spin 2 для некоторых объяснений, но пока гравитация не будет понята, все ответы в значительной степени являются гипотезой. Некоторые относящиеся к ним ответы здесь , а также: quora.com/...

userLTK

10

Потому что масса положительна

Чтобы расширить вашу цитату относительно гравитационной силы в уравнение:

F_{г} знак равно - \frac{г м_{1} м_{2}}{р^{2}}

$F_G = -\frac{Gm_1m_2}{r^2}$

Сила гравитации пропорциональна произведению масс и обратно пропорциональна расстоянию квадрате. Давайте разберемся с этим и посмотрим, что может сделать положительным. $F_G$ $r$ $F_G$

В этом уравнении не может быть отрицательным, потому что это расстояние между двумя точками. Два местоположения не могут быть отрицательным расстоянием друг от друга. И даже если бы они как-то были, квадрат все равно позаботился бы об этом. $r$

- универсальная постоянная и всегда положительная. Вы можете утверждать, что это может быть отрицательным, но это невозможно. самом деле не существует. Это не описывает ничего фундаментального для физики вселенной. - это просто бухгалтерская константа, которая позволяет нам получить правильный ответ для силы на основе любого выбора единиц измерения для массы и расстояния. Технически, если использовать «правильные» единицы для массы и расстояния (например,единицы Планка), то и фактически не существует. Поскольку - это просто коэффициент масштабирования, который зависит от выбора единиц измерения, он будет только положительным числом. $G$ $G$ $G$ $G=1$ $G$

Это оставляет нас с массами. Это единственные вещи, которые могут быть негативными. Конечно, чтобы получить положительную, отталкивающую силу, одна масса должна быть положительной, а другая отрицательной. Но что именно является отрицательной массой? Масса - это показатель, который описывает «сколько» чего-то есть. Как ты можешь иметь что-то меньше, чем ничего?

Почему масса не может быть отрицательной?

Если вы хотите взглянуть на это иначе, вы можете показать, что если масса может быть отрицательной, вы получите бессмысленные результаты! Предполагая, конечно, все остальные аспекты физики были одинаковыми. Напомним из второго закона Ньютона, что

F знак равно м a

$F = ma$

Допустим, на столе сидят два блока. Один блок имеет массу которая является положительной, а другой имеет массу которая является отрицательной. Проигнорируйте все другие силы в этих двух блоках на данный момент. $m_1>0$ $m_2<0$

Я поднимаюсь до и прикладываю силу, чтобы толкнуть эту массу вперед. Индуцированное ускорение: . Обязательно направление, в котором движется - это то же направление, в котором я толкаю. Это все хорошо. $m_1$ $a = F/m_1$ $m_1$

$m_2$ $m_2$ $a = -F/|m_2|$ $m_2$ положительный и вытащил отрицательный знак. Вы можете видеть, что если моя сила вперед, то направление движения массы будет назад! Но вот проблема, моя рука мешает, потому что она пытается толкнуть массу. Когда масса попытается двинуться назад в мою руку, она будет прикладывать силу к моей руке, что в соответствии с третьим законом Ньютона обязательно означает, что моя рука прилагает больше силы к блоку, который затем прикладывает больше силы к моей руке, ... и внезапно применяются бесконечные силы или, что то же самое, эти объекты бесконечно ускоряются. Это описывается концепцией Runaway Motion .

Если вам это кажется странным, значит, так оно и есть. Если бы существовали отрицательные массы, мы бы жили в очень странной вселенной. К счастью, мы живем во вселенной, где физика имеет смысл, масса положительна, а гравитация всегда привлекательна.

зефир
источник

3

Как бы ни было убедительно это объяснение, электрический заряд следует закону обратных квадратов, и заряд может быть положительным или отрицательным. Я не вижу причин, по которым масса теоретически не может вести себя так же. Я считаю, что на самом деле это «фундаментальная загадка» относительно того, почему гравитация является единственной из четырех известных сил, которая действует только для того, чтобы притягивать и никогда не отталкивать. Другие 3 фундаментальные силы могут сделать либо.

Баррикартер

F = e a

$F=ea$

F = m a

$F=ma$

F = e a

$F=ea$

2

Второй закон описывает инерционную массу, но не (обязательно) гравитационную массу.

adrianmcmenamin

@adrianmcmenamin Но все данные свидетельствуют о том, что оба они эквивалентны. Фактически, их эквивалентность является основным компонентом GR, и до сих пор не было доказательств того, что эта часть GR неверна. Я описал ответ для вселенной, в которой мы, кажется, живем (кроме потенциальности для отрицательной массы). Если вы хотите добавить другие сложности, это выходит за рамки моего ответа.

зефир

4

Интересно, что сила тяжести была бы отрицательной, если бы расстояние было мнимым! Так что просто представьте какую-то массу на определенном расстоянии от вас, и она вас оттолкнет.

зефир

3

Почему гравитация является лишь силой притяжения?

TL; DR
Потому что масса всегда положительна.

$F = \frac{Gm_1m_2}{r^2}$ $F=ma$

Но что, если они не эквивалентны?

В отличие от математики, где можно просто сделать предположение и посмотреть, к чему это приведет, предположения в физике должны быть подтверждены. Это предположение было проверено со многими видами материалов, как на земле, так и в космосе. Варианты эксперимента Кавендиша с использованием различных видов материалов были сделаны. В пределах довольно паршивой точности гравитационной постоянной (одна часть на десять тысяч, в лучшем случае) каждая из них согласуется с нулевой гипотезой (гравитационная и инерционная масса одинаковы) и несовместима с гипотезой о том, что разные материалы имеют существенно разные гравитационные и инерционные массы.

Земная Луна с ее очень разными ближними и дальними сторонами обеспечивает еще лучший механизм проверки этой эквивалентности. Вместо одной части на десять тысяч (в лучшем случае) точности, доступной для экспериментов в стиле Кавендиша, Луна показывает, что гравитационная и инертная масса для натрия и железа эквивалентна примерно одной части на десять триллионов .

Так много для обычного вопроса, но как насчет антивещества?

То, что обычная материальная частица и ее эквивалент антивещества имеют одинаковую (положительную) инерционную массу, неоднократно проверялось на коллайдерах частиц по всему миру. Применим ли принцип эквивалентности также к антивеществу, остается несколько открытым вопросом. Хотя есть много причин полагать, что принцип эквивалентности применим как к антивеществу, так и к нормальному веществу, проверить, что это так, очень сложно. Наилучшие на сегодняшний день результаты получены в эксперименте ALPHA, который проверяет, падает ли нейтральный антиводород (антипротон и позитрон) или нет. В результате гравитационная масса антиводорода лежит где-то между -65 и 120 его инерционной массой. Это не совсем близко к окончательному, но оно склоняется к антивеществу, имеющему положительную гравитационную массу, в соответствии с принципом эквивалентности.

Дэвид Хаммен
источник

1

В том же ключе, что и в предыдущих ответах о том, что «масса не может быть отрицательной», я хотел бы добавить понимание того, почему это может иметь место. Если поле Хиггса и различные степени взаимодействия частиц с полем - это то, что порождает то, что мы называем массой, то теория предполагает, что фотоны не имеют массы (и составляют ограничение скорости в пространстве), потому что они не взаимодействуют с поле вообще. Я не думаю, что структура допускает отрицательное взаимодействие с полем или с полем «анти-Хиггса».

historynerd
источник

Вы имели в виду «фотон», а не «протон», будучи безмассовым?

Чаппо не забыл Монику

0

Теоретически, гравитация может быть «привлекательной» в том смысле, что объекты движутся к вам, когда их толкают. Это может происходить из отрицательной массы (кажется, не имеет смысла, но теоретически возможно). Петр Энгельс и другие написали статью об этом здесь , и это интересная идея.

Идея состоит в том, что, охлаждая атомы почти до абсолютного нуля, они создают конденсат Бозе-Эйнштейна и действуют подобно волнам в области квантовой динамики.

Ник ван Альфен
источник

Эта статья никоим образом не предполагает, что гравитация может быть обращена вспять. В документе говорится, что атомы внутри конденсата Бозе-Эйнштейна могут при определенных условиях, включающих одномерное расширение БЭК, «ускоряться против приложенной силы, осознавая отрицательную эффективную массу, связанную с отрицательной кривизной основного дисперсионного соотношения». Другими словами, атомы рубидия-87 с положительной массой кратко ведут себя так, как если бы они имели отрицательную массу. Эквивалентность сил инерции и гравитации остается неопределенной на квантовом уровне, поэтому вы не можете использовать этот результат, чтобы аргументировать «отрицательную» гравитацию.

Чаппо не забыл Монику

Почему гравитация является лишь силой притяжения?

Ответы:

Потому что масса положительна

Почему масса не может быть отрицательной?