關(guān)于萬有引力

1、<p><b>　　淺談萬有引力本質(zhì)</b></p><p><b>　　摘要：</b></p><p>　　牛頓的萬有引力定律是他偉大一生中最重要的發(fā)現(xiàn)之一。他在開普勒三定律的基礎(chǔ)上通過一系列巧妙的假設(shè)和數(shù)學推導，得到了萬有引力公式。但是從新的角度來看，尤其是探究引力的本質(zhì)和物理涵義時，對牛頓的結(jié)論又有了一些疑問。</p>

2、<p><b>　　1，一般觀念：</b></p><p>　　丹麥天文學家Tyeho Brache連續(xù)二十年對太陽系各行星進行觀察所得的數(shù)據(jù)又經(jīng)開普勒近二十年的分析總結(jié)，產(chǎn)生了開普勒三定律即：第一定律——軌道定律：行星運行的軌道都是橢圓形的，太陽位于橢圓的一個焦點上。②第二定律——面積定律：行星向徑（行星與太陽的連線）在單位時間內(nèi)所掃過的面積相等。③第三定律——周期定律：行星

3、公轉(zhuǎn)周期的平方與它們各自軌道半長徑的立方成正比。以T表示行星運行周期，以r表示行星軌道半長徑，則：</p><p>　　但是之后開普勒對于此現(xiàn)象的進一步解釋卻由于過分著眼于對稱性因而目前已經(jīng)被證明是錯誤的。</p><p>　　Newton在開普勒的工作基礎(chǔ)上，在經(jīng)典力學的方法下，研究特殊情況下的行星運動：勻速圓周運動。根據(jù)向心加速度：（v是行星運行的速率，r是圓形軌道半徑）,根據(jù)開普勒第

4、三定律即有，之后，Newton作了一個假設(shè)：引力是萬有的，普適的，統(tǒng)一的！在這個假設(shè)下，Newton預(yù)言了月球的半徑并進一步提出了引力常數(shù)的概念，最后由開文迪許通過實驗求出了其值。</p><p>　　解決了引力的線性疊加問題后，在圓周軌道上萬有引力定律的成功，再通過數(shù)學手段推廣到橢圓軌道（橢圓軌道即是行星在固定軌道高度上的速度并不等于相同高度圓軌道的速度，且在一定的范圍內(nèi)，保證行星不至于脫離引力束縛且同時不靠近

5、中心星體的狀態(tài)下所作運動的軌跡。）。至此，萬有引力定律得以完全證明。</p><p><b>　　2，問題：</b></p><p>　　牛頓萬有引力定律所遇到的問題在于，萬有引力的機制是什么？萬有引力定律是公理嗎？進一步的，萬有引力是力嗎？</p><p>　　萬有引力定律目前是被當作公理來對待的，是屬于牛頓的力學體系的一條公理。因為Newt

6、on力學理論體系的基本定律是其三定律。而其三定律沒有包含"重力"方面的內(nèi)容，作為"重力"方面內(nèi)容的補充，不得不把引力定律當作基本定律來運用了。</p><p>　　這其中的問題在于，傳說中Newton發(fā)現(xiàn)萬有引力是觀察蘋果掉落的結(jié)果：如果萬有引力不存在，那么蘋果就不會掉下了。因而我們可以看到，這推論的先決條件是，若物體不受力的作用就為靜止或勻速直線運動，即Newton第一第

7、二定律。換言之，萬有引力定律是在公理的基礎(chǔ)上推導所得，因而不能稱之為基本公理。</p><p>　　另外我們注意到，開普勒三定律是經(jīng)驗規(guī)律，是通過天文觀測和數(shù)據(jù)計算得到的公式，他的正確性是可以肯定的。Newton的工作是利用了開普勒的公式，在自己的理論上加以運用并在一定的假設(shè)下進行推論的結(jié)果，因而也應(yīng)該是經(jīng)驗公式，換言之，在開普勒所研究的五大行星的范圍里是正確的，但到了范圍之外就不正確了，所以，“先驅(qū)者11”、“

8、伽利略”以及“尤利西斯”等探測器偏離按照“萬有引力定律”計算的軌道，是很正常的，并不一定就是所謂“奇怪的力”作用的原因。也正因為此，Newton將引力萬有化的假設(shè)也就不見得是正確的了。</p><p>　　由于當時人們的認識的局限性，肯定了絕對靜止參考系的存在——地面參考系。在之前，沒有人認識到重力（引力）的存在。因而，可以說在沒有重力場的前提下，牛頓力學體系（牛頓第一第二定律；牛頓第三定律是力學體系定律，不受有

9、沒有重力場條件的限制。）才成立。在重力場的前提下，牛頓力學體系不成立。愛因斯坦已經(jīng)說明了引力是對重力本質(zhì)的錯誤認識，這一點也已經(jīng)為大多數(shù)人所接受，而萬有引力定律中顯然是將重力解釋為來源于引力。Newton提出萬有引力也并沒有對引力的屬性作出清晰而明確的說明，且引力常數(shù)G的量綱也沒有明確的物理意義，因而可以說，萬有引力公式是數(shù)學而不是物理。</p><p>　　Newton的工作思維在其著作《自然哲學的數(shù)學原理》中

10、可見一斑：我奉獻這一作品，作為哲學的數(shù)學原理，因為哲學的全部責任似乎在于——從運動的現(xiàn)象去研究自然界中的力，然后從這些力去說明其他的現(xiàn)象?；蛘呒词钦f，在Newton看來，力在自然界中起到了獨一無二而又不可替代，且是最重要，決定性的作用。Newton忽略了物體本身屬性。所有物體存在的方式一是其屬性，二是關(guān)系。力是關(guān)系，但Newton過于看重這種關(guān)系，而忽略，又或者說否定了，重力作為物體本身屬性的可能（我們知道，引力和熱是緊密聯(lián)系在一起的，

11、這種關(guān)系也包含了兩者之間的性質(zhì)的關(guān)系，即有可能都是作為物質(zhì)的屬性存在的。）。</p><p><b>　　3，引力不是力：</b></p><p>　　一般認為的力，或是直接作用產(chǎn)生的（如彈力），或是通過場產(chǎn)生的（如電場，磁場）。引力的特殊之處在于，它顯然屬于后者，但理論上，，因而，，即，物體在引力場中的運動與其質(zhì)量沒有關(guān)系，純屬時空中的幾何問題。這是一般場力所不具有

12、的性質(zhì)。</p><p>　　我們知道在重力場的中心都有一個“特殊質(zhì)量（不是引力質(zhì)量）的”天體，這個“天體”就是確定的參考系。沒有“特殊物體”（整體天體）與一般物體區(qū)別的認識，就會產(chǎn)生引力場是由于其中心“質(zhì)量”，質(zhì)量又是產(chǎn)生引力場的根源，于是，質(zhì)量又是產(chǎn)生“引力”的根源，引力還是“力作用”，而“場”的存在又沒有意義了。因而我們看到，引力若是一般意義上的力，而我們又必須承認場的存在時，就會有以上的矛盾。</p

13、><p>　　迦利略認為勻速圓周運動也是一種慣性運動，這一點在一般的經(jīng)典力學中是錯誤的。但是，現(xiàn)在我們可以認為引力不是力。那么伽利略的說法就可以認為是正確的了。從引力的幾何性我們可以推斷，即使是質(zhì)量為零的物體在另一個有質(zhì)量物體的引力場中其運動狀態(tài)也會改變（從一般的角度來看），這一點是與安因斯坦所廣義相對論符合的（即光在引力場中也會彎曲）。那么照這一假設(shè)進行推論。有初速度的物體在一個引力場中，受到了“引力”的作用，但是

14、“引力“并不是力，因而根據(jù)牛頓三定律有物體將作勻速直線運動。但是，愛因斯坦的理論說明在一大塊質(zhì)量的物體周圍，空間和時間將會發(fā)生彎曲。即是說，雖然是勻速圓周運動，但是直線的表征已經(jīng)不同了，我們所觀測到的直線運動變成了圓周運動。</p><p><b>　　4，結(jié)語：</b></p><p>　　Newton萬有引力定律的正確性在目前看來是毋庸置疑的。在解決實際天文學問題

15、時也是不可替代的工具（牛頓引力勢）。但是，我們相信絕對真理是不存在的，有的只是更簡潔的表達和更揭示本質(zhì)的說法。Newton的萬有引力一方面在其物理涵義上并不明晰，二是其推導過程并不嚴謹（預(yù)言地月距離的正確是建立在實驗的范圍在開普勒的公式的范圍內(nèi)），三是對于重力的本質(zhì)的說明并不正確，對引力的本質(zhì)沒有做出解釋，四是其理論的基礎(chǔ)本就不允許重力場的存在。而在肯定愛因斯坦的理論的正確性的情況下，我們可以找到一種同樣符合事實的解釋，那便是，引力不是