为什么万有引力定律,库伦定律都是平方反比?
库仑定律和万有引力定律的公式形式很接近主要是指它们都是平方反比律,这是由于传递电磁力的虚光子与传递引力的虚引力子都是静止质量为0的媒介玻色子,这是两者的共同之处,正是这一点导致了两者都是平方反比律。 但从本质上来讲,两者是有重大区别的,首先就是引发的“荷”不同,引力是质量引起的,电磁力是电量引起的;其次,两者的辐射方式不同,电磁力的最低极辐射(往往也是其所有辐射中最强的辐射)是偶极辐射,相应的,光子的自旋为1;引力的最低极辐射是4极辐射,相应的,引力子的自旋为2。再次,电磁场是线性场——光子不会产生次级光子;而引力场是非线性场——引力子也有质量(这是指其动质量,不是静质量),它会产生次级引力子,因此,强引力的情况下,引力的规律将远远偏离平方反比律,此时只能用现代最好的引力理论——广义相对论来处理相关问题,牛顿的理论此时不能再用了。当然,在极靠近的情况下,电磁力也将偏离平方反比律,那是量子力学要处理的问题。
万有引力定律:任意两个质点通过连心线方向上的力相互吸引。该引力的大小与它们的质量乘积成正比,与它们距离的平方成反比,作用力的方向在它们的连线上。 F=Gm1m2/r^2 库伦定律: 在真空中两个静止点电荷之间的相互作用力与距离平方成反比,与电量乘积成正比,作用力的方向在它们的连线上,同名电荷相斥,异名电荷相吸。F=Kq1q2.r^2
因为球的体积与半径含有立方的关系,这样两个物质,无论是宏观级的,还是微观级的,向周围辐射的能量,便与半径产生立方的倒数关系。而物质辐射能量的形式,万变不离其中,所以辐射的速度都是光速。由于两个物质,或者说两个物体之间辐射的方向相对,致使对流产生的速度是辐射速度的二倍,而速度与动能是平方的关系。所以万有引力定律,库仑定律都是平方反比。
首先,老师说实验结论,也并不全是在敷衍。 知道这个平方因子是怎么实验测量的么?学习一下这些实验,对于楼主现阶段的帮助更大。
其次,说高斯定理的以及说三维空间的,只是在描述性质。高斯定理只是场的性质的描述,并不说明场的这种性质的起源。说三维空间的也只是说明了库伦场引力场的一个侧面。我也可以说是势函数1/r的调谐性。到此为止都只是停留在对性质如何描述上,并没有深入到起源问题。不过这些描述都暗示了场的一些拓扑性,比如通量和荷的联系,边界对场的唯一确定性等等。。 曾经,爱因斯坦注意到了这一点,也想解决这个问题,然而穷尽毕生功力也没能解决。一部分原因是历史的局限性,那时强弱相互作用力还没有实验仔细测量,爱因斯坦很可能并不熟悉这两个相互作用。另一部分原因则是爱因斯坦很可能走错方向了。目前看来正确的方向是电弱统一理论。电磁学首先和弱相互作用一致,具有相同的起源。再之后是标准模型,电弱统一和强相互作用统一。而到目前为止,标准模型是现今实验精确度最好的模型。然而这个模型也没有引力。包含引力的模型现在目前有很多,但是没有达成共识,实验也尚无定论。