牛顿和他的万有引力定律

牛顿的万有引力定律是17世纪天文学的一项重大的发现。牛顿能够独具慧眼,把这种神秘的引力归纳成这条定律当然是功不可没,但要是没有开普勒把行星运动先归纳成三条定律,万有引力定律的发现也许就不会那么顺利了。开普勒发现每颗绕日运行的行星的轨道不是圆形的,而是椭圆形的,太阳在椭圆的焦点上;其次他又发现当行星接近太     

历史

01.041643年1月4日,艾萨克·牛顿出生于英格兰林肯郡。他一生的研究对物理学、天文学和数学都产生了极其深远的影响,是公认的历史上伟大的科学家之一。1661年,牛顿进入剑桥大学三一学院学习。1687年他发表《自然哲学的数学原理》,阐述了万有引力和三大运动定律,奠定了此后三个世纪里力学和天文学的基础。他通过论证开普勒行星运动定律与他的引力理论间的一致性,展示了地面物体与天体的运动都     

“苹果”和“肩膀”的真相

<正>牛顿因看到苹果坠落而受到启发,发现了万有引力定律。长久以来,这一经典故事流传甚广,为人们所津津乐道。牛顿的同胞拜伦甚至还将它写进了《唐璜》:据说牛顿看见一只苹果坠落,灵机一动,找到了一个论据……证明地球是本着自然的旋转而旋转的,叫做什么"万有引力";这倒是自亚当以来的第一个人将"坠落"或"苹果"作了一番理论。的确,牛顿对重力和引力问题所做的一系列深入思考及相关研究,对物理学、天文学乃至整个现代科学都产生了难以估量的巨大影     

广义相对论中引力传播速度的测量问题

牛顿万有引力定律认为引力场的传播不需要时间, 是瞬时相互作用, 而广义相对论认为瞬时相互作用是不存在的. 因此, 在观测和研究引力潮汐时, 牛顿万有引力定律是否需要修改是一个值得探讨的问题. 本文说明在现有的广义相对论框架下, 牛顿引力定律是完全适用的. 后牛顿近似计算的结果表明, 引力传播速度的可观测效应与物体运动速度的大小无关, 只依赖于物体运动的加速度. 一般来说, 这一可观测效应非常微弱, 目前的任何天文观测, 包括太阳潮汐观测均不能证实引力传播速度与光速相同.     

星球之间的引力之探

十七世纪中叶,英国著名科学家牛顿根据开普勒行星运动的三大定律推测出:星球之间存在着一种引力,即万有引力.在当时,牛顿的发现是科学史上的一项重大突破,而且在几个世纪以来,牛顿的万有引力对科学的发展,起到了很重大的作用.但是随着科     

星球之间的10种作用力

17世纪中叶,英国著名科学家牛顿根据开普勒行星运动的三大定律推测出:星球之间存在着一种引力,即万有引力.     

实验室距离下检验牛顿反平方定律

人们普遍认为牛顿引力反平方定律是一个在静态、弱场极限下对所有距离都严格成立的定律。但是近年来一些作者发现这个定律仅在天体距离上得到了很好的验证;在小于10~3km的距离内,已有的实验资料并不足以使我们排除反平方定律遭到破坏的可能性。或者说,万有引力“常数”G在这个距离范围内可能并不是常数,而是距离r的函数。Long曾建议在实     

引力的本质

回顾了关于引力本质的历史探索和最新进展.从牛顿引力和爱因斯坦引力出发,介绍了关于引力本质历史探索上的两次重大飞跃.从修改引力、量子引力和全息引力三个方面,介绍了关于引力本质的最新进展.对于牛顿引力,从开普勒行星运动定律出发,介绍了牛顿万有引力定律.介绍了最近关于修改牛顿力学和暗物质的进展;对于爱因斯坦引力,阐释了引力的几何化,然后介绍了爱因斯坦引力在宇宙学和引力波方面的应用;对于修改引力,从额外的引力自由度、高阶导数引力和高维引力三个方面介绍;对于量子引力,从协变量子引力、正则量子引力和其他量子引力三个方面介绍;对于全息引力,介绍了它的全息图像、呈展性质以及它与量子信息之间的关系.但是截至目前,关于引力本质问题的答案依然是一个谜.     

暗物质的天文证据

<正>此时"悟空"号卫星正在天上一刻不停地找寻暗物质,但是在20世纪的很长一段时间里,人们并没有证据证明暗物质的存在。常言道,"眼见为实",那么,科学家凭什么认为不可见的暗物质是存在的呢?称量天体系统的质量测量遥远天体的质量是一件不容易的事。19世纪以来,天文学家们一直在做着这方面的尝试,所基于的原理是牛顿万有引力定律和牛顿第二定律,即通过观察天体的运动来推断天体的质量。     

修正牛顿定律?

暗物质的提出是为了解释星系动力学,而对牛顿引力理论的修正或许能提供更好地解释-- 宇宙似乎是由不可见的成分所主导,天文学家将此称之为暗物质和暗能量.存在暗物质的天文学证据已经很明显:在河外星系中,天体的旋转速度超过了用可见恒星和气体所能解释的速度.     

改进的牛顿万有引力公式

一、前　言　　在牛顿力学体系之中 ,万有引力公式是一个非常重要的公式 .在天文、航空、航天、地质、石油等领域中 ,许多现象都与引力或重力有关 .例如当计算卫星和火箭等飞行器的运动时 ,就要应用万有引力公式 .　　自从牛顿提出万有引力公式以来 ,已经出现一些改进的公式 .例如有人曾对平方反比定律提出质疑 ,认为万有引力公式中的ｒ2 项应改为ｒ2 Ｅ,Ｅ为一小量 .还有人认为公式中的引力常数Ｇ应随时间而变化 ,等等 .这些改进的公式有的依据不足 ,有的过于复杂不便应用 ,而且这些公式对水星近日点进动问题及光线近日偏折问题也不能给出…     

星球之间的10种作用力

17世纪中叶,英国著名科学家牛顿根据开普勒行星运动的三大定律推测出:星球之间存在着一种引力,即万有引力。牛顿的这一发现是科学史上的一项重大突破,而且几个世纪以来,牛顿的万有引力对科学的发展起到了重大作用。但是随着科学的发展,人造卫星、太空飞船和太空探测器等对太空的大量探测,已使我们了解到,太空中并不是单纯的真空,而存     

基本力——第五种力寻踪

牛顿引力理论假设:万有引力源自惯性质量。根据这假设和牛顿第二定律,当仅存在引力场时,物体的加速度与其质量无关(g的普适性)。惯性质量与引力质量等价,是爱因斯坦广义相对论和其他几个可供选择的引力理论的一个原理。由于以上这些原因,人们以不断提高的精确度对g的普适性进行了许多次检验。根据这些检验的结果,人们也能定出新远程力存在的限度。假如新远程力并不源自惯性质量,它们将     

速度战胜引力 速度战胜距离：宇宙航行动力漫谈

水能载舟,也能覆舟。这正是人与自然关系的缩影,人在自然环境中诞生和发展,也受自然环境的制约。人类自古以来就向往着进游宇宙,但却无法离开地面分寸,其中自有奥妙。17世纪牛顿创立的万有引力学说．揭开了这个秘密。万有引力定律指出,物体都有引力,它们总是相互吸引;引力的大小与物体的质量成正比,与物体之间的距离平方成反比。人的质量与地球相比,相差十分悬殊,因而引力的大小显得一边倒,总是地球的强大引力吸引着人,把入束缚在地球上而无法进入宇宙空间。牛顿运动力学还告诉人们,速度是战胜引力的法宝,如果物体的运动速度…     

广义相对论及其实验基础

阿尔贝特·爱因斯坦是当代最伟大的物理学家.他在1915年创立的广义相对论是关于时间空间性质与物质及其运动相互依赖关系的学说,是建立在广义协变要求和黎曼几何基础上的引力理论和宏观物质运动理论。这一理论不仅对牛顿力学的核心内容(牛顿动力学和万有引力公式)给予了统一和深刻的解释,还预言了牛顿力学所不能解释的新的引力效应,并为以后的实验所证实。广义相对论就其创造性和理论内     

三天体成直线时的非经典引力效应

多年来,笔者在从事天文因子与天气气候变化关系的研究中发现,当太阳、月球、地球,或者月球(或太阳)、地球和某一大行星三个天体成直线时,在许多气象和地球物理观象中都出现了耐人寻味的异常效应,它们的出现严格地由上述三星一线的发生时刻所决定,而难以用目前的经典引力理论——牛顿万有引力理论和广义相对论加以解释。本文综述这方面的     

人类对宇宙中黑洞的探索

前言人类对于宇宙结构、天体演化、宇宙起源等一系列极为壮观的科学和哲学问题的研究,与探索物质结构基元的原子论具有同样悠久的历史。从古希腊关于天体的优美神话开始,经过康德星云学说、哥白尼的日心说、开普勒行星运动三大定律、牛顿万有引力定律直到爱因斯坦广义相对论,宇宙的神秘面纱正在逐步被怀着巨大热情的人类揭开。科学研究的发展有时是出乎人们意料的。恒星天体演化后期的归宿之一是黑洞,近十多年来的研究表明,起源于研究天体的黑洞物理学,竟与研究物质的基本粒子理论在某些方面大有合流共进的趋势。这真是科学史上颇有戏剧性而又富有哲理性的奇观。今日的黑洞理论,建立在广义相对论、热力学、辐射理论、量子场论等最新物理理论的     

百年史话:引力的“前世今生”

正从牛顿万有引力公式到爱因斯坦的广义相对论,人们对引力的认识经历了一个曲折的过程。借引力波爆刷科学家朋友圈之际,小编一并梳理了300年来人类对引力发展的认识过程。1687年:牛顿引力艾萨克·牛顿出版的《自然哲学的数学方法》一书中对引力进行了全面描述。这为天文学家预测行星的运动提供了精确手段,但它并非没有瑕     

利用近距离牛顿反平方定律实验探索洛伦兹不变性破缺效应

回顾了利用近距离引力实验探索洛伦兹不变性破缺效应的现状,并展望了其发展趋势.引力与物质的耦合极其微弱,近距离下牛顿反平方定律的实验检验是探索引力现象对广义相对论偏离的常用方法之一,其实验检验的基本原理是通过测量密度较大的2块薄金属片之间的引力相互作用随间距的变化,判断其是否满足牛顿反平方定律.在探索洛伦兹不变性破缺方面,通过测量2块薄金属片之间的非牛顿力的恒星时变化,可以检验标准模型拓展(SME)中包含黎曼曲率2次耦合的洛伦兹对称性破缺参数.分析表明近距离引力实验中,由于洛伦兹不变性破缺,2块有限平板间的非牛顿引力由边缘效应主导,尽管如此,现有的近距离引力实验对洛伦兹不变性破缺系数的限制仍能达到10?8 m2的水平.     

揭开宇宙奥秘的”钥匙”

<正>英国著名理论物理学家斯蒂芬·霍金曾表示:"引力波提供了一种人们看待宇宙的全新方式。(人类)探测到引力波的这种能力,很有可能引发天文学革命。"由此可见,引力波探测对于天文学家和物理学家而言,有着至关重要的意义。首先,对引力波的研究可以加深物理学家对广义相对论的理解。广义相对论在对一些强引力天体系统的精确描述中,起到关键性的作用。在这些强引力系统中,牛顿力学不再适用,我们只能使用广义相对论来研究它们。通过对