萬有引力是怎樣產生的

陳獻友

云南昭通 657313

萬有引力是怎樣產生的呢？我們的思維是微觀物質的正負電荷只要中和就不會對外產生力。但從分子力，摩擦帶電，原子得電子或失電子成為離子，都可以可以證明中和后的電荷仍對外產生力。當按由電荷產生萬有引力對微觀和宏觀物質進行畫圖分析，分析結果與現象相符。還有當扭秤的大球旋轉起來后光標會發生變化（這里要注意大球旋轉產生的氣流對小球的影響）。所以可以證明萬有引力是由電荷產生的，也就是說任意一個夸克對宇宙中的每一個夸克和每一個電子都產生同性排斥和異性吸引的力。雖然這些力隨著距離的增大小到可以忽略，但眾多力之和又變得很大很大。那么從微觀到整個宇宙的組成是：夸克組成中子或質子，質子和中子組成原子核，原子核和電子組成原子，原子組成分子或物質，分子組成物質，物質組成物體，物體組成星球，星球組成星系，星系組成星系團，星系團組成宇宙。從摩擦帶電物體能吸引輕小物體的實驗和黑洞的形成，我們提出另一種力，就是維持平衡力，維持平衡力公式：F=MK/R^n,根據公式我們可以大約計算出黑洞產生的引力。

牛頓曾說過：“我沒能力從現象中發現這些重力的原因。”這些年從許多科學家的成果，現象和實驗中找到了產生這些力的原因。它的發現解決了宇宙中很多未解之謎，對人類探索宇宙提供了方向。

我們先來做這樣一個實驗，卡文迪許的扭秤實驗。把扭秤作一些改變，讓扭秤的兩個大球可以以不同的速度旋轉。由于大球旋轉會產生氣流，所以必須把大球與扭秤隔離開來，讓大球旋轉產生的氣流不影響小球。要么直接把扭秤放到真空的房間里進行實驗。先讓大球靜止，看清反射到刻度上的光標的位置，再讓大球以不同的速度旋轉起來，用放大鏡或顯微鏡觀察光標在刻度上有什么變化。由于實驗器材不夠完善，很多現象不敢確定，但可以肯定的是當大球旋轉起來光標在刻度上會發生細微的變化。我們再來作一個對比，用現在我們已知的數據計算出星球之間的萬有引力，離心力。結果離心力總大于萬有引力。這與實際發生了偏差，實際應該萬有引力大于或等于離心力。因為被束縛的星球會受到其他星球的吸引，產生的大多數引力的方向與離心力方向相同。為什么萬有引力總小于離心力？又為什么扭秤的大球旋轉起來刻度上的光標會有變化？我們就帶著這兩個問題來分析萬有引力究竟是怎樣產生的？

微觀物質，科學家們提出了以光子，膠子為媒介來傳遞力的。根據我們現在對宇宙的掌握有三點是可以肯定的：第一，萬有引力確確實實存在；第二，萬有引力不是平空產生的，它一定源于微觀粒子間產生的力；第三，萬有引力決不是以任何媒介子來傳遞的力（因為微觀粒子中有再多的媒介子來源，也滿足不了浩瀚的宇宙，也就形不成萬有引力）。不管光子,膠子會不會傳遞力，我們先不考慮。那萬有引力究竟是怎樣產生的呢？我們還是從微觀粒子中來找答案。以夸克為單位，夸克具有分數電荷，是電子電量2/3 或-1/3，自旋為1/2 或-1/2。質子由兩個上夸克和一個下夸克組成。中子由兩個下夸克和一個上夸克組成。質子帶正電荷，中子顯中性不帶電，質子與中子組成原子核。質子與中子之間的作用力是怎樣產生的呢？我們假設中子中的上，下夸克的正，負分數電荷雖然中和了，但正，負分數電荷本身并未消失，對外仍然產生同性排斥和異性吸引的力，才使中子和質子組合在一起成為原子核。我們繼續分析，原子核帶正電荷，核外電子帶等量負電荷，原子核與電子組成原子。但電子并沒有和原子核緊貼在一起，而是在一定距離外繞原子核高速旋轉。難道上，下夸克，電子的正，負電荷雖然中和了，但正，負電荷本身并未消失，仍對外產生同性排斥和異性吸引的力，才使電子不能靠近原子核，而是在一定距離外繞原子核高速旋轉。

是不是這樣呢？我們擴大原子的比例畫出電子與上，下夸克的受力圖來進行分析。按以上的假設，觀察圖可以知道，電子在繞原子核旋轉的過程中，大多數的上，下夸克與電子產生的排斥力，吸引力都是合力。在電子正對上夸克或下夸克時，電子與該夸克就變成了正對著受力了。這與電子不按軌道旋轉相符。當電子正對上夸克時，由于吸引力增大了，電子會靠原子核近一點。當電子正對下夸克時，由于排斥力增大了，電子會離原子核遠一點。既然大多數的力都是合力，合力就與合力的角度，力的大小有關。根據同性相互排斥，異性相互吸引，夸克之間會產生排斥力和吸引力。由于中子可以轉換為質子，說明上，下夸克并不是緊貼在一起的，也就是說吸引力并不大于排斥力，而是上，下夸克保持一定距離，沒有外力的情況下吸引力等于排斥力。所以相鄰兩個同性夸克之間，電荷大的，相距的距離要大。雖然不能測出相距的實際距離，但只要取一個比例，找出規律就可以了。這里就按電荷，上夸克之間的距離是下夸克之間距離的兩倍。這樣電子在同一距離時，上夸克與電子產生的吸引力合力的角度要大于下夸克與電子產生的排斥力合力的角度。經過電子在不同距離時，測得產生吸引力的合力，產生排斥力的合力統計得出，電子越靠近原子核，產生排斥力的合力越大于產生吸引力的合力。這時電子與原子核表現為排斥，這個力是排斥力的合力與吸引力的合力相互消后的力。為了方便敘述，我們把兩物體表現為排斥的力叫斥力。電子在一定距離時，吸引力的合力等于排斥力的合力。隨著電子與原子核距離的不斷增大，吸引力的合力越來越大于排斥力的合力。這時電子與原子核表現為吸引，這個力是吸引力的合力與排斥力的合力相互抵消后的力。為了方便敘述，我們把兩物體表現為吸引的力叫引力。當電子與原子核之間的距離不斷增大時，產生的吸引力，排斥力都會不斷減小，所以當引力到了最大值后，又會隨著距離的不斷增大 而逐漸減小。由于電子繞原子核高速旋轉會產生離心力，所以電子與原子核始終保持相互吸引。根據以上對上，下夸克與電子的受力分析可以知道，原子核束縛電子的能力與電荷的多少，原子核的體積的大小，距離的大小有關。

以原子為單位，來分析物質間產生的力。畫出原子的受力圖，仔細觀察可以知道，要使原子之間受力達到力的平衡，只有兩種受力形式：一種是呈呂字形受力。也就是施力原子正對著受力原子（這里的施力原子同時也是受力原子，它們的受力是相互的，這樣敘述只是為了好理解）；另一種是呈品字形受力，也就是受力原子在施力原子之間的正上方。現實中原子的受力是很復雜的，但大多數的原子受力是這樣的，最終才會達到力的平衡。

近距離時，我們可以從顯微鏡中知道大多數的原子是成品字形受力的。擴大原子的比例畫出圖來進行測量。當原子之間呈品字形受力時，產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。根據不同距離測得它們合力角度的變化是。以三個原子核組成的角度來對比，頂點是受力原子。大于90度時，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 度時，是排斥力合力的平均角度大于吸引力合力的平均角度。也就是說近距離時原子之間相互排斥，遠距離時相互吸引。這與分子力相符。

當原子之間呈呂字形受力時，正對著的原子，排斥力大多數變成了垂直受力，這時排斥力可能大于吸引力。從已知的現象還看不出來，因為就算產生斥力，產生斥力的距離還有大小都與引力不同。畫圖測量也很復雜，誤差很大，只有等將來有實驗或現象可以證明才敢下結論。但可以肯定的是，當大多數的原子由品字形受力轉變為呂字形受力時，有一段距離就算排斥力不大于吸引力，引力也會減小。也就是說一個物體運動時，它受到的引力會減小。那么飛機，滑翔傘的助跑不僅增加了下面的氣流，而且可以減小地球對他的引力。有人要問為什么運動的物體受到的引力不均勻，物體和地球還能保持同步運動呢？我們都知道地球表面的引力是非常大的，在離我們那么遙遠的衛星都能保持與地球同步運動。不管物體怎么運動，受到地球的引力怎么變化，近距離時慣性會使物體與地球同步運動。

根據以上分析，結合第二段的兩個問題，我們可以肯定萬有引力是由電荷產生的，也就是說任意一個夸克對宇宙中的每一個夸克和電子產生同性排斥和異性吸引的力，隨著距離的不斷增大，這些力會越來越小，小到可以忽略，但眾多力之和又會變得很大很大，也就是萬有引力。隨著科學的不斷進步，我們可能還會發現比夸克更小的粒子，總之，萬有引力就是由不可再分離的帶電粒子產生的。這里要注意的是扭秤的光標在刻度上有變化，也就是說靜止時測得的萬有引力常數有誤差，但這么多年的運用可以證明,也就是說在地球上，靜止狀態下測得的萬有引力常數與運動中測得的平均值很接近。

原子之間產生的力由相互排斥到排斥力等于吸引力，再增大原子之間的距離，引力越來越大，當到達引力的最大值后，又會隨著距離的增大而 逐漸減小。星球，星系之間產生的力又是怎樣的呢？這里隨著距離的變化有兩個變量，第一由于距離不斷增大，排斥力，吸引力都在不斷減小；第二原子之間引力最大值時形成的夾角，與星球，星系之間的大多數原子產生的引力最大值時形成的夾角相同。所以這里我們把星球，星系產生的引力分為自身引力和束縛引力。自身引力就是能把物體吸引來與自身成為一體的引力。束縛引力就是束縛其他星球圍繞自身旋轉的引力。自身引力必備的條件是與中心天體同步運動。也就是說地球的自身引力在地球同步衛星以內的距離，以外就是束縛引力了。自身引力隨著距離的不斷增大越來越小，不太受原子之間角度的變化控制。束縛引力的大小同時受原子之間角度的變化和受距離的增大排斥力，吸引力都在減小所控制。也就是說星球，星系的體積越大，產生引力最大值的距離也會越大。

自身引力就不用多說了，大家日常生活中就感受到了。那束縛引力是不是這樣的呢？以太陽系為例，大體按行星的質量，體積作比較，這里要注意的是，行星的衛星與行星是一個整體。依次是水星0.4 天文單位，0.055 地球質量。金星，0.7 天文單位，0.86 地球質量。地球，1 天文單位，衛星是月亮。火星，1.5 天文單位，0.17 地球質量，衛星2 個。木星，5.2 天文單位，318 倍地球質量。土星，9.5 天文單位，98 倍地球質量。天王星，19.6 天文單位，14 倍地球質量，衛星17 個。海王星。30 天文單位，17 倍地球質量，衛星9 個。也就是說星球束縛行星也是由小到大再到小。因為引力隨著距離的變化由兩個變量控制，這樣行星的軌道是一條很寬的橢圓軌道，加上兩者不同步運動，引力會不斷來回變化，這樣會不斷調整行星的位置，所以是相當穩定的。星球，星系能束縛其他物體，星球，星系都離不開星球，星系的自轉。夸克有自旋，形象地說，單個原子就像一個轉呼啦圈的美女，而物體，星球，星系就像眾多人在彈簧上蹦迪一樣，運動的方向總向著力大的方向。物體，星球，星系自轉的方向也總向著大部分原子運動的方向。被束縛的物體，星球，星系在什么距離會有自己的自轉呢？我們都知道近距離時，被束縛的物體是同中心星球一起自轉的。應該說在自身引力以內，也就是和中心星球同步運動的距離，是不會有自己的自轉。也就是說這個距離它們都還在同一個彈簧上蹦迪，還是一個整體。束縛引力，物體，星球，星系就有了自己的自轉，但自轉的速度也受中心星球引力的控制，離中心星球越遠自轉速度越快。

微觀到整個宇宙的組成是：夸克組成中子或質子，質子和中子組成原子核，原子核和電子組成原子，原子組成分子或物質，分子組成物質，物質組成物體，物體組成星球，星球組成星系，星系組成星系團，星系團組成宇宙。所以微觀的受力與宏觀的受力原理大體相同。黑洞可能是人類非常關注的。我們都知道恒星自身發生裂變，聚變會使自身質量越來越小，但該恒星束縛的行星對這個位置需要的束縛引力不會變。我們可以做這樣一個實驗來說明，用多塊磁鐵圍成一個圓，把磁鐵固定，磁鐵的一級對著圓心，在圓心的直線上的一定距離放一塊鐵會產生一個向圓心的引力，這就與黑洞形成的原理一樣。還有這顆恒星所在的星系可能被更大的星系束縛，這個更大的星系對這個位置產生的束縛引力也會很大，就像微觀得到電子的原理一樣會產生引力。當恒星質量變小了，引力達不到平衡，這個位置就會產生很大很大的引力成為黑洞。為什么會產生這樣的引力呢？我們來做一個熟悉的實驗，摩擦帶電物體能吸引輕小物體的實驗。我們都知道不管是交流電還是直流電，導體帶電都是電子或離子的移動而帶電的，帶電物體內部組成并沒有力的不平衡，所以就算達到幾百伏的電壓也不能吸引輕小物體，也就是說摩擦帶電的物體吸引輕小物體不是因為帶電吸引輕小物體，而是因為某個范圍的組成達不到力的平衡而產生的引力。我們把這個力叫作維持平衡力，如果物體組成達到了平衡產生的就是萬有引力。維持平衡力與失去或得到的電荷成正比，與產生維持平衡力到失去或得到電荷的距離成反比。如果用字母F 表示維持平衡力，把失去或得到的電荷轉換成質量，用M 表示，把產生維持平衡力到失去或得到電荷的距離用R表示，常數用K 表示。那么，F=MK/R^n。同樣我們可以用扭秤來測量產生的維持平衡力，只要在兩個距離測得維持平衡力，列出兩個等式就可以解出未知數K 和n。這里要測得失去或得到的質量M 很困難，誤差也很大。我相信有大家的共同努力，在不久的將來我們可以大約計算出黑洞產生的引力。還有天空看到漂亮的流星雨，根據彗星的運行軌道可以斷定它不只受到一個星系對它的束縛。也就相當于微觀的共用電子對，所以彗星容易被撕裂，最終消亡，但不久又會有新的彗星出現來達到力的平衡。

結合前面的分析可以推斷出：宇宙的組成形式可能由兩 種之中的其中一種形式組成，一種可能是宇宙是一個龐大的星系團，所有的星系，星系團都圍繞宇宙中心旋轉；另一種可能是星系團到了足夠大時，相互都不能束縛對方，就像原子，分子之間的狀態一樣。但我個人認為第二種可能性要大些，等人類真正進入太空就知道了。總的來說，宇宙的空間是無限的，而物質是有限的。物質是否無限只與單位的大小有關，如果以微觀為單位，那么一小塊物體就已經是無限了。我們可以擴大單位，用列舉法，列舉出宇宙中所有的物質，所有物質都列舉出來了，那所有物質以外就只有空間了。

[1]李樹成主編.分子力.湖南教育出版社，2012.

[2]李樹成主編.摩擦起電.湖南教育出版社，2012.

[3]李樹成主編.扭秤實驗.湖南教育出版社，2012.

[4]楊小明主編.離子.湖南教育出版社，2012.

[5]黑洞.世界圖書出版公司出版（宇宙的奧秘）中的（黑洞之迷），2009-11-1.