曾鵬飛

摘 要：引力作為一種宇宙及自然界中常見的一種基本力，影響因素眾多。本文通過(guò)討論當(dāng)物體體積到達(dá)上限時(shí)，面積與引力兩者之間的關(guān)系發(fā)現(xiàn)物體表面的引力隨著面積增大而不斷減小，此規(guī)律適用于解釋天體運(yùn)行和平衡現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞：引力;面積;現(xiàn)代物理學(xué);宇宙天體

一 引言

引力（Gravity）是指存在于任意兩個(gè)物體之間的吸引力，通常與其質(zhì)量、相距位移的長(zhǎng)短有關(guān)，是一種存在于宇宙中較為常見的力[1]。而其產(chǎn)生機(jī)理主要是由于空間內(nèi)部有無(wú)數(shù)微小粒子之間由于不斷運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生碰撞，在高速碰撞的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生引力作用。通常是指當(dāng)空間中兩個(gè)物體的位置不斷接近時(shí)，雖然物質(zhì)本身存在一定的遮擋性，但是相向面所受到的撞擊頻率將低于背面，因此從背面產(chǎn)生促進(jìn)兩者相互靠近的力，即引力[2]。

二 引力與面積之間的關(guān)系

從粒子的角度進(jìn)行分析可知，物理學(xué)上引力的強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于物體之間的其他作用力，質(zhì)點(diǎn)間的引力大小僅為兩者電磁力的1/1.235*1036，而質(zhì)點(diǎn)和地球之間的引力同樣也很小，因此，通常在物理學(xué)中計(jì)算其他強(qiáng)力大小時(shí)，會(huì)忽略其引力作用，例如觀察粒子在加速器中的作用時(shí)。但是引力的影響因素較多，具體公式如下：

物體表面引力 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

m1、m2——分別是指形成物體表面引力的兩個(gè)物體質(zhì)量，kg;

r——是指兩者之間的距離，m;

G——是引力常數(shù)，通常根據(jù)周邊環(huán)境的改變而改變;

S——物質(zhì)表面面積，單位為m2

在宇宙中，任何物質(zhì)的體積都不能無(wú)限大，當(dāng)體積達(dá)到上限時(shí)，則根據(jù)上述公式（1）可知，物體表面引力隨著面積的增大而減小。

三 物體面積影響引力大小的原因

在日常生活中，物體的體積通常較為固定，表面的引力直接受到其質(zhì)量大小的影響，因此在地球上，大部分物體其引力小于其與地球之間的引力，主要是由于相比于地球而言，物體的質(zhì)量較小，因此在研究地球上物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)基本不考慮引力的影響，此公式更適用于宇宙星球之間表面引力的計(jì)算，因?yàn)樘祗w之間的質(zhì)量很大，且體積通常達(dá)到其本身的極限值，宇宙星球之間之所以能夠保持平衡，依靠的就是天體之間的引力。引力大小受到物體面積大小影響的主要原因如下。

（一） 物體面積影響天體的時(shí)空扭曲程度

對(duì)于天體運(yùn)動(dòng)而言，通常引力成為維持相互圍繞運(yùn)動(dòng)的唯一力，其他力相比于引力都略小，但這種力通常并非是指雙方之間的拉扯作用，而是由于天體自身巨大的質(zhì)量和體積而造成的一種時(shí)空扭曲現(xiàn)象，質(zhì)量越大則會(huì)造成更大的時(shí)空扭曲現(xiàn)象，則引力越大，而表面積則會(huì)對(duì)此種扭曲現(xiàn)象造成一定的干擾，表面積越大則空間扭曲對(duì)天體的作用性越弱，即所謂的表面引力減小[3]。例如常見的恒星形成，即天體在高溫高壓狀態(tài)下，由于表面積不足但天體本身質(zhì)量較大，造成引力壓力過(guò)大引發(fā)天體塌縮，形成白矮星、中子星和黑洞。這種時(shí)空扭曲和擠壓都是由于引力而造成的空間扭曲現(xiàn)象，而并非由于其本身的質(zhì)量影響，也正是由此而造成了天體的不斷演化。

（二） 物體面積影響天體之間的平衡狀態(tài)

在近代物理學(xué)上，對(duì)于引力產(chǎn)生的根本原因并未作出具體說(shuō)明，僅僅根據(jù)其由于質(zhì)量過(guò)大造成時(shí)空扭曲而產(chǎn)生引力，但引力的大小往往與其表面積也是有一定關(guān)聯(lián)的。當(dāng)物體體積不再增大時(shí)，其表面積越大，則對(duì)抗時(shí)空扭曲的能力越強(qiáng)，呈現(xiàn)出引力越小的現(xiàn)象。在平面幾何中，常常認(rèn)為兩點(diǎn)之間直線距離最短，則形成短程線路，但是對(duì)于天體引力模塊而言，它存在于四維空間內(nèi)，短程線路同樣會(huì)被扭曲。根據(jù)各個(gè)天體質(zhì)量體積存在差別，宇宙中天體之間遵循的平衡通常是在引力和慣性雙重作用下進(jìn)行，行星不斷沿著相應(yīng)的短程線路向著相應(yīng)的恒星靠近，從而形成現(xiàn)有的運(yùn)行軌道[4]。

（三） 特殊宇宙天體引力與面積的關(guān)系

在宇宙中常出現(xiàn)部分如黑洞這種極端狀態(tài)下的宇宙天體，它們通常擁有極大的引力，而某種猜想中將這種引力的產(chǎn)生歸結(jié)于空間扭曲。而在現(xiàn)代物理學(xué)中，黑洞被廣泛定義為是一種密度極大但體積極小的天體，它是由質(zhì)量、體積足夠大的恒星在完成核聚變之后坍塌、壓縮所形成。正是黑洞具備密度大、體積小的特點(diǎn)，即表面積較小但本身質(zhì)量較大，根據(jù)公式（1）可知，質(zhì)量大、表面積小兩種條件加成必然導(dǎo)致引力增大，而確實(shí)有研究表明，黑洞的引力極大，光都無(wú)法逃脫。黑洞由于難以進(jìn)行光反射，因此在現(xiàn)階段所捕獲的照片中表面均呈現(xiàn)為黑色，無(wú)法通過(guò)肉眼直接去鑒別其實(shí)際大小，但可以采用間接的計(jì)算方式得知其確實(shí)存在于宇宙中并計(jì)算出其質(zhì)量大小。具體到黑洞這種極端條件下的宇宙天體。它有極強(qiáng)的吸引力，科學(xué)家在解釋這種吸引力的時(shí)候，把它的原因歸結(jié)為空間彎曲。而造成空間彎曲的原因是黑洞本身的巨大質(zhì)量。說(shuō)到引力歸根結(jié)底是和質(zhì)量有關(guān)，萬(wàn)有引力是把引力視為由質(zhì)量引起的一種基本力，而愛因斯坦相對(duì)論則把引力視為質(zhì)量引起的時(shí)空彎曲的表現(xiàn)。

四 結(jié)語(yǔ)

引力是一種存在于宇宙天體、日常物品、微小粒子之間的基本作用力，能夠維持宇宙、自然的正常運(yùn)行，例如，粒子之間的相互作用力、地球上物體的重力、天體之間的定軌繞轉(zhuǎn)等。影響引力的因素較多，但對(duì)于體積已經(jīng)達(dá)到增長(zhǎng)上限的物體而言，其引力直接受到表面積的影響，且物體表面積越大，引力越小。物理學(xué)中，引力是由時(shí)空扭曲所產(chǎn)生的觀點(diǎn)與此結(jié)論相一致，且黑洞等天體的運(yùn)行也同樣印證了此規(guī)律。

參考文獻(xiàn)：

[1] 溫伯格. 引力論和宇宙論[M]. 科學(xué)出版社， 1980.

[2] 張崇安. 光子群流和光子海洋概念及地球磁場(chǎng)、暗物質(zhì)、引力起源的探討[C]// 中國(guó)數(shù)學(xué)力學(xué)物理學(xué)高新技術(shù)交叉研究學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì). 2006.

[3] 張操. 物理時(shí)空理論探討：超越相對(duì)論的嘗試[M]. 上海科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社， 2011.

[4] 鄭玉昆. 關(guān)于引力場(chǎng)的能量問(wèn)題[J]. 物理學(xué)報(bào)， 2018， 000（001）：46-56.

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