万有引力的本质是什么? 万有引力公式

万有引力公式(万有引力的本质是什么?)按照目前人类的认知,引力的本质是时间空扭曲,时间空介于时间和三维空之间 。
万有引力定律的发明
牛顿运用自己的微积分思想,总结开普勒三定律后,发明了万有引力定律 。1687年,在他出版的《自然哲学的数学原理》一书中,描述了现在红豆的这个博客形象 。牛顿认为万有引力定律适用于所有物体,引力的大小只与物体的质量和距离有关 。这是我们在物理课本上学到的万有引力公式 。
万有引力
虽然当时牛顿发明了这个定律,但他并不知道引力常数G的大小,直到1789年卡文迪许通过扭秤实验测得G的数值,公式才算完善 。科学家也应用这个公式发明了海王星和哈雷彗星 。
万有引力在大质量天体中是相当显著的,虽然存在于人与人之间,但它太小了,不可忽视 。
【万有引力的本质是什么? 万有引力公式】
卡文迪什扭秤试验
爱因斯坦解释了重力 。
引力的准确性早就在天体中得到证明,但它是如何发生的呢?为什么会互相吸引?
牛顿的解释是引力是物体的固有属性,所有有重量的物体都会存在 。当时认为引力是超远距离的,可以瞬间传送到无限远的地方,不需要时间作用 。
这个观点与爱因斯坦1905年提出的狭义相对论相矛盾 。爱因斯坦认为“真理中的光速空是信息传递的终极速度” 。为了理解冲突点,1915年,爱因斯坦在他的广义相对论中解释了万有引力的本质,认为万有引力并不真的存在,引力只是一种假象,其本质是质量会扭曲周围的时间空 。

比如把铅球放在蹦床中间,然后沿着蹦床扔一个玻璃球 。因为铅球的重量导致蹦床下垂,玻璃球会绕着铅球转几圈,然后落下 。这种现象本质上和行星绕恒星运行是一样的,只是蹦床里有摩擦力,而天体运动的真实空环境里几乎没有摩擦力 。
蹦床代表的只是表面的空扭转 。实际情况是下面这个动画 。

为了验证爱因斯坦的预期,1919年5月底,科学家利用日全食进行了著名的星光偏转实验 。

正常情况下,太阳背后恒星发出的强光会被太阳遮挡 。只有发生日全食时,在黑暗的条件下,太阳背后恒星发出的光被太阳引力偏转后,才能传到地球,人类才能直接对太阳背后的恒星进行考察 。如上图,实线是光的路径,虚线是人类在地球上观测到的恒星位置的虚像 。

利用爱因斯坦引力场公式,计算出的数据与实际观测结果完全一致,而牛顿万有引力定律计算出的偏转角和位置与实际数据相差一半以上,误差较大 。所以科学家认为爱因斯坦对引力本质的解释更科学 。
但这并不意味着牛顿万有引力定律是错误的 。它有一定的实用尺度,只能应用于弱引力场,但在强引力场中会失效 。比如太阳对水星的引力最强,应用万有引力定律计算水星近日点的岁差会有一定偏差 。

此后,从日全食中获得了更多的星光偏移数据,可见爱因斯坦理论的准确性 。时间空扭曲是引力的本质 。
物体质量越大,时间空扭曲的效果就越明显 。空之间的扭曲会改变光原来的轨迹,而时间的扭曲真的会让时间变慢 。比如地核位于重心,地核经历的时间会比地壳慢 。在46亿年的过程中,地核比地壳年轻2.5年 。