ทำไมแรงโน้มถ่วงเป็นเพียงแรงดึงดูด?

9

ตามกฎสากลของแรงดึงดูดร่างกายสองคน (มีมวล) ได้สัมผัสกับพลังของ 'เสน่ห์' ซึ่งเป็นสัดส่วนกับ ... และ ... สัดส่วนผกผัน ....

ถ้าอย่างนั้นคำถามของฉันมา: ทำไมมันควรจะมีแรงควรเป็นประเภท 'ดึงดูด' เท่านั้น? ทำไมมันไม่ควรเป็นแรงผลัก / แรงชนิดอื่น?

gravity

มีบทความจากนักวิทยาศาสตร์ใหม่เมื่อไม่นานมานี้ มันอธิบายงานวิจัยว่าปฏิสสาร (สันนิษฐานว่ามีมวลเป็นลบ ) ทำปฏิกิริยาภายใต้แรงโน้มถ่วงของโลก มันเป็นความคิดที่ว่าปฏิสสาร (โดยเฉพาะอย่างยิ่งต่อต้านไฮโดรเจนในกรณีนี้) อาจเพิ่มขึ้นแทนที่จะตก

— Beta Decay

บทความดังกล่าว

— Beta Decay

6

@BetaDecay ฉันไม่แน่ใจว่าสิ่งที่บทความกำลังพูดถึง ไม่มีการคาดการณ์ที่แท้จริงในวิชาฟิสิกส์ที่บ่งบอกถึงปฏิปักษ์ที่มีมวลเป็นลบ จากวิกิพีเดีย : "อนุภาคและปฏิปักษ์ของมันมีมวลเท่ากัน แต่ตรงกันข้ามกับประจุไฟฟ้าและจำนวนควอนตัมอื่น ๆ "

— zephyr

ฉันคิดว่าคำถามถูกระบุในลักษณะที่ จำกัด การใช้งานทั่วไป ฉันคิดว่าคำถามที่ใหญ่กว่าคือถ้าแรงโน้มถ่วงเป็นการรวมตัวของทฤษฎีที่ใหญ่กว่าภายใต้เงื่อนไขขอบเขตบางอย่าง ทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของนิวตันตั้งอยู่บน "การสังเกตธรรมดา" และทำงานได้ดีมากสำหรับการพิจารณาของมนุษย์ส่วนใหญ่ การคำนวณตามทฤษฎีของนิวตันทำให้มนุษย์มีดวงจันทร์และด้านหลัง อย่างไรก็ตามสำหรับวงโคจรของเมอร์คิวรี่และระยะเวลาของจีพีเอสนั้นต้องคำนึงถึงความสัมพันธ์ที่เกี่ยวข้องด้วย ดังนั้นกลับไปที่สิ่งที่ควรเป็นคำถาม? ระบุว่า "พลังงานมืด" เป็นสาเหตุให้จักรวาลขยายตัวเร็วขึ้นและ fas

— MaxW

คำถามเดียวกันบนกระดานฟิสิกส์ physics.stackexchange.com/questions/11542/… คุณสามารถค้นหาคำอธิบายบางส่วนของสปิน 1 และสปิน 2 ได้ แต่จนกว่าจะเข้าใจถึงแรงโน้มถ่วงจริง ๆ คำตอบทั้งหมดเป็นสมมติฐานที่ค่อนข้างมาก บางคำตอบที่เกี่ยวข้องที่นี่เช่นกัน: quora.com/…

— userLTK

10

เพราะมวลเป็นบวก

ในการขยายคำพูดของคุณเกี่ยวกับแรงโน้มถ่วงลงในสมการ:

F_{G} = - \frac{G m_{1} m_{2}}{r^{2}}

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

แรงโน้มถ่วงเป็นสัดส่วนกับผลคูณของมวลชนและแปรผกผันกับระยะทาง , กำลังสอง มาแยกกันดูว่าอะไรทำให้เป็นบวก $F_G$ $r$ $F_G$

ในสมการนี้ไม่สามารถลบได้เนื่องจากเป็นระยะห่างระหว่างสองตำแหน่ง สถานที่สองแห่งไม่สามารถห่างกันได้ และแม้ว่าพวกเขาจะเป็นอย่างใดกำลังสองก็จะดูแลมันต่อไป $r$

$G$ คือค่าคงที่สากลและเป็นค่าบวกเสมอ คุณอาจโต้แย้งว่ามันอาจเป็นลบ แต่ก็เป็นไปไม่ได้ ไม่มีอยู่จริงจริงๆ มันไม่ได้อธิบายอะไรเกี่ยวกับฟิสิกส์พื้นฐานของจักรวาล เป็นค่าคงที่การทำบัญชีที่ช่วยให้เราได้คำตอบที่ถูกต้องสำหรับแรงที่เกิดขึ้นจากการเลือกหน่วยของมวลและระยะทาง ในทางเทคนิคหากใช้หน่วย "ถูกต้อง" สำหรับมวลและระยะทาง (เช่นหน่วยพลังค์ ) แล้วและไม่มีประสิทธิภาพ เนื่องจากเป็นเพียงตัวประกอบสเกลที่ขึ้นอยู่กับการเลือกหน่วยมันจะเป็นจำนวนบวกเท่านั้น $G$ $G$ $G=1$ $G$

นั่นทำให้เรามีมวลชน นี่เป็นเพียงสิ่งเดียวที่อาจเป็นลบได้ แน่นอนว่าการได้รับแรงบวกที่น่ารังเกียจมวลหนึ่งจะต้องเป็นค่าบวกและค่าลบอื่น ๆ แต่มวลเชิงลบคืออะไร? มวลเป็นตัวชี้วัดซึ่งอธิบายว่า "มีอะไร" คุณจะมีอะไรน้อยกว่าอะไร?

ทำไมจำนวนมากถึงไม่สามารถลบได้?

หากคุณต้องการดูอีกวิธีหนึ่งคุณสามารถแสดงให้เห็นว่าหากมวลอาจเป็นลบได้คุณจะได้ผลลัพธ์ที่ไร้สาระ! แน่นอนว่าทุกด้านของฟิสิกส์ก็เหมือนกัน จำได้จากกฎข้อที่สองของนิวตันว่า

F = m a

$F = ma$

สมมติว่ามีสองช่วงตึกนั่งอยู่บนโต๊ะ หนึ่งบล็อกมีมวลซึ่งเป็นค่าบวกและอีกบล็อกหนึ่งมีมวลซึ่งเป็นค่าลบ ไม่สนใจกองกำลังอื่น ๆ ทั้งหมดในสองช่วงตึกในขณะนี้ $m_1>0$ $m_2<0$

ฉันไปถึงและใช้แรงผลักดันมวลนี้ไปข้างหน้า อัตราเร่งที่ถูกเหนี่ยวนำให้เกิดคือF จำเป็นทิศทางที่เคลื่อนที่เป็นทิศทางเดียวกันกับที่ฉันกำลังผลัก นั่นคือทั้งหมดที่ดีและดี $m_1$ $a = F/m_1$ $m_1$

ตอนนี้ฉันไปที่และฉันใช้แรงเดียวกันพยายามผลักมันไปข้างหน้าบนโต๊ะ ความเร่งที่เกิดจากจะเป็น:. หมายเหตุฉันทำ $m_2$ $m_2$ $a = -F/|m_2|$ $m_2$ บวกและดึงเครื่องหมายลบออก คุณจะเห็นได้ว่าถ้าแรงของฉันไปข้างหน้าทิศทางที่มวลจะเคลื่อนที่ไปข้างหลัง! แต่นี่คือปัญหามือของฉันกำลังขวางทางเพราะมันพยายามผลักดันมวล เมื่อมวลพยายามเคลื่อนถอยหลังไปในมือของฉันมันจะใช้กำลังกลับมาบนมือของฉันซึ่งตามกฎข้อที่สามของนิวตันจำเป็นต้องหมายความว่ามือของฉันกำลังใช้แรงมากขึ้นบนบล็อก .. และทันใดนั้นกองกำลังที่ไม่มีที่สิ้นสุดถูกนำมาใช้หรือเทียบเท่าวัตถุเหล่านี้จะเร่งอย่างไม่ จำกัด นี้มีการอธิบายโดยแนวคิดของRunaway เคลื่อนไหว

ถ้านี่ดูแปลกสำหรับคุณนั่นก็เป็นเพราะมันเป็น ถ้ามีมวลเชิงลบอยู่เราจะอยู่ในจักรวาลที่แปลกมาก โชคดีที่เราอาศัยอยู่ในจักรวาลที่ฟิสิกส์มีเหตุผลมวลเป็นบวกและแรงดึงดูดของส่วนขยายนั้นน่าดึงดูดอยู่เสมอ

— ลมตะวันตก
แหล่งที่มา

3

ดูเหมือนว่าคำอธิบายนี้จะเชื่อได้ว่าประจุไฟฟ้าเป็นไปตามกฎกำลังสองของการผกผันและประจุสามารถเป็นบวกหรือลบได้ ฉันไม่เห็นเหตุผลใด ๆ ว่าทำไมคนจำนวนมากไม่สามารถประพฤติตนในทางทฤษฎีได้ ฉันเชื่อว่ามันเป็น "ความลึกลับพื้นฐาน" ว่าทำไมแรงโน้มถ่วงเป็นเพียงหนึ่งในสี่กองกำลังที่รู้จักซึ่งทำหน้าที่เพียงเพื่อดึงดูดและไม่เคยขับไล่ แรงพื้นฐานอีก 3 ตัวสามารถทำได้เช่นกัน

— barrycarter

@barrycarter ฉันคิดเกี่ยวกับที่อยู่นี้ในคำตอบของฉัน ฉันคิดว่าฉันควรจะมี การจับที่นี่คือกฎข้อที่สองของนิวตันไม่ใช่

F = e a

$F=ea$ มัน

F = m a

$F=ma$ . คุณไม่สามารถใช้อาร์กิวเมนต์ด้านบนกับประจุไฟฟ้าลบได้ด้วยเหตุผลนั้น มวลเหตุผลไม่สามารถทำงานในลักษณะเดียวกันคือเหตุผลที่ฉันอธิบายไว้ข้างต้น มันไม่ใช่เรื่องลึกลับ หากกฎข้อที่สองของนิวตันแทนก็คือ

F = e a

$F=ea$ จากนั้นประจุไฟฟ้าไม่สามารถลบได้

— zephyr

2

กฎข้อที่สองอธิบายถึงมวลเฉื่อยไม่ใช่มวลโน้มถ่วง (จำเป็น)

— adrianmcmenamin

@ adrianmcmenamin แต่หลักฐานทั้งหมดแสดงให้เห็นว่าทั้งสองจะเทียบเท่า ในความเป็นจริงความเท่าเทียมกันของพวกเขาเป็นองค์ประกอบหลักของ GR และยังไม่มีหลักฐานเพียงพอที่แสดงให้เห็นว่าส่วนนี้ของ GR นั้นผิด ฉันอธิบายคำตอบสำหรับเอกภพที่เราอาศัยอยู่ (นอกเหนือจากความเป็นไปได้สำหรับมวลเชิงลบ) หากคุณต้องการที่จะโยนในทุกประเภทของภาวะแทรกซ้อนอื่น ๆ ที่อยู่นอกขอบเขตของคำตอบของฉัน

— zephyr

4

น่าสนใจแรงโน้มถ่วงจะเป็นลบหากระยะทางเป็นจริง! ดังนั้นลองจินตนาการถึงมวลในระยะทางที่กำหนดจากคุณและมันจะขับไล่คุณออกไป

— zephyr

3

ทำไมแรงโน้มถ่วงเป็นเพียงแรงดึงดูด?

TL; DR
เนื่องจากมวลมีค่าเป็นบวกเสมอ

มีแนวคิดเกี่ยวกับมวลแตกต่างกัน แต่มีความเท่าเทียมกัน
มีสองแนวคิดที่แตกต่างกันของมวล: แรงโน้มถ่วงและแรงเฉื่อย มวลชนในกฎแรงโน้มถ่วงของนิวตัน $F = \frac{Gm_1m_2}{r^2}$ เป็นมวลความโน้มถ่วง มวลในกฎการเคลื่อนที่ข้อที่สองของนิวตัน $F=ma$ คือมวลเฉื่อย มวลความโน้มถ่วงและแรงเฉื่อยถือว่าอยู่ในกลศาสตร์ของนิวตันโดยปริยาย ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปทำให้สมมติฐานนี้ชัดเจนในหลักการความเท่าเทียมกัน

แต่ถ้าพวกมันไม่เท่ากันล่ะ?

ซึ่งแตกต่างจากคณิตศาสตร์ที่หนึ่งสามารถสร้างสมมติฐานและดูว่ามันจะนำไปสู่ที่ใดต้องมีการตรวจสอบสมมติฐานทางฟิสิกส์ สมมติฐานนี้ได้รับการทดสอบกับวัสดุหลายชนิดทั้งบนพื้นดินและในอวกาศ การทดลองเกี่ยวกับคาเวนดิชโดยใช้วัสดุประเภทต่างๆ ภายในขอบเขตของความแม่นยำของความโน้มถ่วงค่อนข้างคงที่ (ส่วนหนึ่งส่วนต่อหมื่นที่สุด) ทุก ๆ สิ่งเหล่านี้สอดคล้องกับสมมติฐานว่าง (มวลแรงโน้มถ่วงและแรงเฉื่อยเหมือนกัน) และไม่สอดคล้องกับสมมติฐานที่วัสดุที่แตกต่างกัน มีมวลความโน้มถ่วงและแรงเฉื่อยต่างกันที่วัดได้

ดวงจันทร์ของโลกซึ่งมีความแตกต่างกันมากทั้งด้านใกล้และด้านไกลให้กลไกที่ดีกว่าในการทดสอบความเท่าเทียมนี้ แทนที่จะเป็นส่วนหนึ่งต่อหนึ่งหมื่นต่อความแม่นยำที่ดีที่สุดสำหรับการทดลองแบบคาเวนดิชดวงจันทร์แสดงให้เห็นว่ามวลความโน้มถ่วงและแรงเฉื่อยสำหรับโซเดียมและเหล็กเทียบเท่ากับภายในหนึ่งส่วนต่อสิบล้านล้านส่วน

มากสำหรับเรื่องธรรมดา แต่สิ่งที่เกี่ยวกับปฏิสสาร

อนุภาคสสารสามัญและปฏิสสารที่เทียบเท่านั้นมีมวลเฉื่อย (บวก) เท่ากันได้รับการทดสอบซ้ำแล้วซ้ำอีกใน colliders อนุภาคทั่วโลก ไม่ว่าหลักการความเท่าเทียมจะใช้กับปฏิสสารยังคงเป็นคำถามที่เปิดกว้างอยู่หรือไม่ ในขณะที่มีหลายเหตุผลที่จะคิดว่าหลักการเทียบเท่านั้นใช้กับปฏิสสารเช่นเดียวกับสสารปกติการทดสอบว่านี่เป็นกรณีที่ยากมาก ผลลัพธ์ที่ดีที่สุดในปัจจุบันมาจากการทดลองของ ALPHA ซึ่งทดสอบว่าสารแอนติออกโตเจนที่เป็นกลาง (แอนติโปรตรอนและโพซิตรอน) นั้นตกลงหรือไม่ ผลลัพธ์คือมวลความโน้มถ่วงของแอนไฮโดรเจนอยู่ที่ -65 ถึง 120 เท่าของมวลเฉื่อย สิ่งนี้ไม่ได้อยู่ใกล้กับข้อสรุป แต่มันโน้มตัวไปยังปฏิสสารที่มีมวลความโน้มถ่วงเชิงบวกสอดคล้องกับหลักการเทียบเท่า

— David Hammen
แหล่งที่มา

1

ในบรรทัดเดียวกันกับคำตอบก่อนหน้านี้ที่บอกว่า "มวลไม่สามารถเป็นค่าลบได้" ฉันต้องการเพิ่มความเข้าใจว่าเหตุใดจึงเป็นเช่นนั้น ถ้าสนามฮิกส์และอนุภาคของการมีปฏิสัมพันธ์กับสนามแตกต่างกันเป็นสิ่งที่ก่อให้เกิดสิ่งที่เราเรียกว่ามวลทฤษฎีก็แสดงให้เห็นว่าโฟตอนไม่มีมวล สนามเลย ฉันไม่คิดว่ากรอบการทำงานอนุญาตให้มีการโต้ตอบเชิงลบกับฟิลด์หรือฟิลด์ "ต่อต้านฮิกส์"

— historynerd
แหล่งที่มา

คุณหมายถึง "โฟตอน" มากกว่า "โปรตอน" หรือเปล่า?

— Chappo ยังไม่ลืมโมนิกา

0

ในทางทฤษฎีแรงโน้มถ่วงอาจเป็น "น่าสนใจ" ในแง่ที่วัตถุเคลื่อนที่เข้าหาคุณเมื่อถูกผลัก สิ่งนี้สามารถเกิดขึ้นได้จากมวลติดลบ (ดูเหมือนจะไม่สมเหตุสมผล แต่เป็นไปได้ในทางทฤษฎี) Peter Engels และคนอื่น ๆ เขียนบทความเกี่ยวกับที่นี่และเป็นความคิดที่น่าสนใจ

แนวคิดก็คือโดยการทำให้อะตอมเย็นลงจนเกือบถึงศูนย์สัมบูรณ์พวกมันสร้างคอนเดนเสทของ Bose-Einstein และทำตัวเหมือนคลื่นในอาณาจักรแห่งพลวัตควอนตัม

— Nick van alfen
แหล่งที่มา

บทความนั้นไม่ได้บอกว่าแรงโน้มถ่วงสามารถย้อนกลับได้ บทความกล่าวว่าอะตอมภายใน Bose-Einstein condensate สามารถภายใต้เงื่อนไขบางประการที่เกี่ยวข้องกับการขยายตัว 1-D ของ BEC "เร่งกับแรงที่ประยุกต์ใช้ทำให้ตระหนักถึงมวลเชิงลบที่มีประสิทธิภาพซึ่งเกี่ยวข้องกับความโค้งเชิงลบของความสัมพันธ์แบบกระจายพื้นฐาน" กล่าวอีกนัยหนึ่งอะตอมรูบิเดียมมวล -87 ที่เป็นบวกจะทำตัวสั้น ๆราวกับว่าพวกมันมีมวลติดลบ ความเท่าเทียมกันของแรงเฉื่อยและแรงโน้มถ่วงยังคงไม่แน่นอนในระดับควอนตัมดังนั้นคุณจึงไม่สามารถใช้ผลลัพธ์นี้เพื่อโต้แย้งกับแรงโน้มถ่วง "เชิงลบ"

— Chappo ไม่ลืมโมนิก้า