万有引力是怎样产生的

陈献友

云南昭通 657313

万有引力是怎样产生的呢？我们的思维是微观物质的正负电荷只要中和就不会对外产生力。但从分子力，摩擦带电，原子得电子或失电子成为离子，都可以可以证明中和后的电荷仍对外产生力。当按由电荷产生万有引力对微观和宏观物质进行画图分析，分析结果与现象相符。还有当扭秤的大球旋转起来后光标会发生变化（这里要注意大球旋转产生的气流对小球的影响）。所以可以证明万有引力是由电荷产生的，也就是说任意一个夸克对宇宙中的每一个夸克和每一个电子都产生同性排斥和异性吸引的力。虽然这些力随着距离的增大小到可以忽略，但众多力之和又变得很大很大。那么从微观到整个宇宙的组成是：夸克组成中子或质子，质子和中子组成原子核，原子核和电子组成原子，原子组成分子或物质，分子组成物质，物质组成物体，物体组成星球，星球组成星系，星系组成星系团，星系团组成宇宙。从摩擦带电物体能吸引轻小物体的实验和黑洞的形成，我们提出另一种力，就是维持平衡力，维持平衡力公式：F=MK/R^n,根据公式我们可以大约计算出黑洞产生的引力。

牛顿曾说过：“我没能力从现象中发现这些重力的原因。”这些年从许多科学家的成果，现象和实验中找到了产生这些力的原因。它的发现解决了宇宙中很多未解之谜，对人类探索宇宙提供了方向。

我们先来做这样一个实验，卡文迪许的扭秤实验。把扭秤作一些改变，让扭秤的两个大球可以以不同的速度旋转。由于大球旋转会产生气流，所以必须把大球与扭秤隔离开来，让大球旋转产生的气流不影响小球。要么直接把扭秤放到真空的房间里进行实验。先让大球静止，看清反射到刻度上的光标的位置，再让大球以不同的速度旋转起来，用放大镜或显微镜观察光标在刻度上有什么变化。由于实验器材不够完善，很多现象不敢确定，但可以肯定的是当大球旋转起来光标在刻度上会发生细微的变化。我们再来作一个对比，用现在我们已知的数据计算出星球之间的万有引力，离心力。结果离心力总大于万有引力。这与实际发生了偏差，实际应该万有引力大于或等于离心力。因为被束缚的星球会受到其他星球的吸引，产生的大多数引力的方向与离心力方向相同。为什么万有引力总小于离心力？又为什么扭秤的大球旋转起来刻度上的光标会有变化？我们就带着这两个问题来分析万有引力究竟是怎样产生的？

微观物质，科学家们提出了以光子，胶子为媒介来传递力的。根据我们现在对宇宙的掌握有三点是可以肯定的：第一，万有引力确确实实存在；第二，万有引力不是平空产生的，它一定源于微观粒子间产生的力；第三，万有引力决不是以任何媒介子来传递的力（因为微观粒子中有再多的媒介子来源，也满足不了浩瀚的宇宙，也就形不成万有引力）。不管光子,胶子会不会传递力，我们先不考虑。那万有引力究竟是怎样产生的呢？我们还是从微观粒子中来找答案。以夸克为单位，夸克具有分数电荷，是电子电量2/3 或-1/3，自旋为1/2 或-1/2。质子由两个上夸克和一个下夸克组成。中子由两个下夸克和一个上夸克组成。质子带正电荷，中子显中性不带电，质子与中子组成原子核。质子与中子之间的作用力是怎样产生的呢？我们假设中子中的上，下夸克的正，负分数电荷虽然中和了，但正，负分数电荷本身并未消失，对外仍然产生同性排斥和异性吸引的力，才使中子和质子组合在一起成为原子核。我们继续分析，原子核带正电荷，核外电子带等量负电荷，原子核与电子组成原子。但电子并没有和原子核紧贴在一起，而是在一定距离外绕原子核高速旋转。难道上，下夸克，电子的正，负电荷虽然中和了，但正，负电荷本身并未消失，仍对外产生同性排斥和异性吸引的力，才使电子不能靠近原子核，而是在一定距离外绕原子核高速旋转。

是不是这样呢？我们扩大原子的比例画出电子与上，下夸克的受力图来进行分析。按以上的假设，观察图可以知道，电子在绕原子核旋转的过程中，大多数的上，下夸克与电子产生的排斥力，吸引力都是合力。在电子正对上夸克或下夸克时，电子与该夸克就变成了正对着受力了。这与电子不按轨道旋转相符。当电子正对上夸克时，由于吸引力增大了，电子会靠原子核近一点。当电子正对下夸克时，由于排斥力增大了，电子会离原子核远一点。既然大多数的力都是合力，合力就与合力的角度，力的大小有关。根据同性相互排斥，异性相互吸引，夸克之间会产生排斥力和吸引力。由于中子可以转换为质子，说明上，下夸克并不是紧贴在一起的，也就是说吸引力并不大于排斥力，而是上，下夸克保持一定距离，没有外力的情况下吸引力等于排斥力。所以相邻两个同性夸克之间，电荷大的，相距的距离要大。虽然不能测出相距的实际距离，但只要取一个比例，找出规律就可以了。这里就按电荷，上夸克之间的距离是下夸克之间距离的两倍。这样电子在同一距离时，上夸克与电子产生的吸引力合力的角度要大于下夸克与电子产生的排斥力合力的角度。经过电子在不同距离时，测得产生吸引力的合力，产生排斥力的合力统计得出，电子越靠近原子核，产生排斥力的合力越大于产生吸引力的合力。这时电子与原子核表现为排斥，这个力是排斥力的合力与吸引力的合力相互消后的力。为了方便叙述，我们把两物体表现为排斥的力叫斥力。电子在一定距离时，吸引力的合力等于排斥力的合力。随着电子与原子核距离的不断增大，吸引力的合力越来越大于排斥力的合力。这时电子与原子核表现为吸引，这个力是吸引力的合力与排斥力的合力相互抵消后的力。为了方便叙述，我们把两物体表现为吸引的力叫引力。当电子与原子核之间的距离不断增大时，产生的吸引力，排斥力都会不断减小，所以当引力到了最大值后，又会随着距离的不断增大 而逐渐减小。由于电子绕原子核高速旋转会产生离心力，所以电子与原子核始终保持相互吸引。根据以上对上，下夸克与电子的受力分析可以知道，原子核束缚电子的能力与电荷的多少，原子核的体积的大小，距离的大小有关。

以原子为单位，来分析物质间产生的力。画出原子的受力图，仔细观察可以知道，要使原子之间受力达到力的平衡，只有两种受力形式：一种是呈吕字形受力。也就是施力原子正对着受力原子（这里的施力原子同时也是受力原子，它们的受力是相互的，这样叙述只是为了好理解）；另一种是呈品字形受力，也就是受力原子在施力原子之间的正上方。现实中原子的受力是很复杂的，但大多数的原子受力是这样的，最终才会达到力的平衡。

近距离时，我们可以从显微镜中知道大多数的原子是成品字形受力的。扩大原子的比例画出图来进行测量。当原子之间呈品字形受力时，产生的作用力大多都是吸引力，排斥力的合力相互抵消后的力。根据不同距离测得它们合力角度的变化是。以三个原子核组成的角度来对比，顶点是受力原子。大于90度时，吸引力合力的平均角度要大于排斥力合力的平均角度。小于90 度时，是排斥力合力的平均角度大于吸引力合力的平均角度。也就是说近距离时原子之间相互排斥，远距离时相互吸引。这与分子力相符。

当原子之间呈吕字形受力时，正对着的原子，排斥力大多数变成了垂直受力，这时排斥力可能大于吸引力。从已知的现象还看不出来，因为就算产生斥力，产生斥力的距离还有大小都与引力不同。画图测量也很复杂，误差很大，只有等将来有实验或现象可以证明才敢下结论。但可以肯定的是，当大多数的原子由品字形受力转变为吕字形受力时，有一段距离就算排斥力不大于吸引力，引力也会减小。也就是说一个物体运动时，它受到的引力会减小。那么飞机，滑翔伞的助跑不仅增加了下面的气流，而且可以减小地球对他的引力。有人要问为什么运动的物体受到的引力不均匀，物体和地球还能保持同步运动呢？我们都知道地球表面的引力是非常大的，在离我们那么遥远的卫星都能保持与地球同步运动。不管物体怎么运动，受到地球的引力怎么变化，近距离时惯性会使物体与地球同步运动。

根据以上分析，结合第二段的两个问题，我们可以肯定万有引力是由电荷产生的，也就是说任意一个夸克对宇宙中的每一个夸克和电子产生同性排斥和异性吸引的力，随着距离的不断增大，这些力会越来越小，小到可以忽略，但众多力之和又会变得很大很大，也就是万有引力。随着科学的不断进步，我们可能还会发现比夸克更小的粒子，总之，万有引力就是由不可再分离的带电粒子产生的。这里要注意的是扭秤的光标在刻度上有变化，也就是说静止时测得的万有引力常数有误差，但这么多年的运用可以证明,也就是说在地球上，静止状态下测得的万有引力常数与运动中测得的平均值很接近。

原子之间产生的力由相互排斥到排斥力等于吸引力，再增大原子之间的距离，引力越来越大，当到达引力的最大值后，又会随着距离的增大而 逐渐减小。星球，星系之间产生的力又是怎样的呢？这里随着距离的变化有两个变量，第一由于距离不断增大，排斥力，吸引力都在不断减小；第二原子之间引力最大值时形成的夹角，与星球，星系之间的大多数原子产生的引力最大值时形成的夹角相同。所以这里我们把星球，星系产生的引力分为自身引力和束缚引力。自身引力就是能把物体吸引来与自身成为一体的引力。束缚引力就是束缚其他星球围绕自身旋转的引力。自身引力必备的条件是与中心天体同步运动。也就是说地球的自身引力在地球同步卫星以内的距离，以外就是束缚引力了。自身引力随着距离的不断增大越来越小，不太受原子之间角度的变化控制。束缚引力的大小同时受原子之间角度的变化和受距离的增大排斥力，吸引力都在减小所控制。也就是说星球，星系的体积越大，产生引力最大值的距离也会越大。

自身引力就不用多说了，大家日常生活中就感受到了。那束缚引力是不是这样的呢？以太阳系为例，大体按行星的质量，体积作比较，这里要注意的是，行星的卫星与行星是一个整体。依次是水星0.4 天文单位，0.055 地球质量。金星，0.7 天文单位，0.86 地球质量。地球，1 天文单位，卫星是月亮。火星，1.5 天文单位，0.17 地球质量，卫星2 个。木星，5.2 天文单位，318 倍地球质量。土星，9.5 天文单位，98 倍地球质量。天王星，19.6 天文单位，14 倍地球质量，卫星17 个。海王星。30 天文单位，17 倍地球质量，卫星9 个。也就是说星球束缚行星也是由小到大再到小。因为引力随着距离的变化由两个变量控制，这样行星的轨道是一条很宽的椭圆轨道，加上两者不同步运动，引力会不断来回变化，这样会不断调整行星的位置，所以是相当稳定的。星球，星系能束缚其他物体，星球，星系都离不开星球，星系的自转。夸克有自旋，形象地说，单个原子就像一个转呼啦圈的美女，而物体，星球，星系就像众多人在弹簧上蹦迪一样，运动的方向总向着力大的方向。物体，星球，星系自转的方向也总向着大部分原子运动的方向。被束缚的物体，星球，星系在什么距离会有自己的自转呢？我们都知道近距离时，被束缚的物体是同中心星球一起自转的。应该说在自身引力以内，也就是和中心星球同步运动的距离，是不会有自己的自转。也就是说这个距离它们都还在同一个弹簧上蹦迪，还是一个整体。束缚引力，物体，星球，星系就有了自己的自转，但自转的速度也受中心星球引力的控制，离中心星球越远自转速度越快。

微观到整个宇宙的组成是：夸克组成中子或质子，质子和中子组成原子核，原子核和电子组成原子，原子组成分子或物质，分子组成物质，物质组成物体，物体组成星球，星球组成星系，星系组成星系团，星系团组成宇宙。所以微观的受力与宏观的受力原理大体相同。黑洞可能是人类非常关注的。我们都知道恒星自身发生裂变，聚变会使自身质量越来越小，但该恒星束缚的行星对这个位置需要的束缚引力不会变。我们可以做这样一个实验来说明，用多块磁铁围成一个圆，把磁铁固定，磁铁的一级对着圆心，在圆心的直线上的一定距离放一块铁会产生一个向圆心的引力，这就与黑洞形成的原理一样。还有这颗恒星所在的星系可能被更大的星系束缚，这个更大的星系对这个位置产生的束缚引力也会很大，就像微观得到电子的原理一样会产生引力。当恒星质量变小了，引力达不到平衡，这个位置就会产生很大很大的引力成为黑洞。为什么会产生这样的引力呢？我们来做一个熟悉的实验，摩擦带电物体能吸引轻小物体的实验。我们都知道不管是交流电还是直流电，导体带电都是电子或离子的移动而带电的，带电物体内部组成并没有力的不平衡，所以就算达到几百伏的电压也不能吸引轻小物体，也就是说摩擦带电的物体吸引轻小物体不是因为带电吸引轻小物体，而是因为某个范围的组成达不到力的平衡而产生的引力。我们把这个力叫作维持平衡力，如果物体组成达到了平衡产生的就是万有引力。维持平衡力与失去或得到的电荷成正比，与产生维持平衡力到失去或得到电荷的距离成反比。如果用字母F 表示维持平衡力，把失去或得到的电荷转换成质量，用M 表示，把产生维持平衡力到失去或得到电荷的距离用R表示，常数用K 表示。那么，F=MK/R^n。同样我们可以用扭秤来测量产生的维持平衡力，只要在两个距离测得维持平衡力，列出两个等式就可以解出未知数K 和n。这里要测得失去或得到的质量M 很困难，误差也很大。我相信有大家的共同努力，在不久的将来我们可以大约计算出黑洞产生的引力。还有天空看到漂亮的流星雨，根据彗星的运行轨道可以断定它不只受到一个星系对它的束缚。也就相当于微观的共用电子对，所以彗星容易被撕裂，最终消亡，但不久又会有新的彗星出现来达到力的平衡。

结合前面的分析可以推断出：宇宙的组成形式可能由两 种之中的其中一种形式组成，一种可能是宇宙是一个庞大的星系团，所有的星系，星系团都围绕宇宙中心旋转；另一种可能是星系团到了足够大时，相互都不能束缚对方，就像原子，分子之间的状态一样。但我个人认为第二种可能性要大些，等人类真正进入太空就知道了。总的来说，宇宙的空间是无限的，而物质是有限的。物质是否无限只与单位的大小有关，如果以微观为单位，那么一小块物体就已经是无限了。我们可以扩大单位，用列举法，列举出宇宙中所有的物质，所有物质都列举出来了，那所有物质以外就只有空间了。

[1]李树成主编.分子力.湖南教育出版社，2012.

[2]李树成主编.摩擦起电.湖南教育出版社，2012.

[3]李树成主编.扭秤实验.湖南教育出版社，2012.

[4]杨小明主编.离子.湖南教育出版社，2012.

[5]黑洞.世界图书出版公司出版（宇宙的奥秘）中的（黑洞之迷），2009-11-1.