牛顿的苹果

正我们从小就听说过这个故事。有一天牛顿在一棵苹果树下休息,一个熟透的苹果掉下来,砸到牛顿的头。牛顿恍然大悟,苹果落地是受到地球引力的吸引,月亮围绕着地球转也是受到地球引力的吸引,行星围绕着太阳转是受到太阳引力的吸引……任何物体之间都会有引力相互吸引,他把这叫做万有引力。牛顿因此发现了万有引力定律。这称得上是科学史上最重大的恍然大悟,如果这个故事是真的话。那么这个故事是真的吗?如果牛顿当时把它写下来,那当然是可信的。但是牛顿留下的手稿里并没有关于这个故事的任何记载。我们只能去找二手的材料。     

论牛顿的引力近距作用场思想

以《自然哲学之数学原理》为基础,研究了牛顿的万有引力观及其在“引力近距作用场”发现过程中的作用.认为在《自然哲学之数学原理》中,“运动力”就是施力物体施加于受力物体上的万有引力;“加速力”与今天物理学上所说的“引力场强”十分相似;“绝对力”是分布于中心物体中的“加速力”,相当于今天物理学中的“引力场强”.因此,牛顿关于万有引力的论述中蕴含着物理学早期近距作用场的思想萌芽.     

引力论的发展及其意义

自然界中存在着四种基本力(相互作用),即万有引力、电磁力、弱力和强相互作用力。地球对物体的引力,是我们屡见不鲜的现象。因此,人类对万有引力的规律的认识是比较早的,三百年前已发现了著名的万有引力定律。但引力理论的发展不如其他三种力那样深入和迅速。关于引力的本质问题,仍是物理学理论中的一个难题。举世闻名的大科学家牛顿(I. Newton, 1642～1727)和爱因斯坦(A. Einstein, 1879～1955)专门深入研究了万有引力,建立了相应的理论。本文以引力论的发展历史为线索,概述牛顿引力论和爱因斯坦引力论的形成过程及其意义,及近20多年来进行引力实验和探索新的引力理论的简况。     

地球有多重

人类和万物生存的地球究竟有多重?在经过300多年旷日持久的争论之后,现在总算有了一个比较精确的答案。美国华盛顿大学贡德拉赫教授领导的一个研究小组,已正式向美国物理学会提交一份研究报告,宣布地球重量为5.972×10~(15)吨(即59亿7200万兆吨),比以前的计算要轻1000万兆吨。 早在17世纪,牛顿首次认为环绕太阳在轨道上运行的行星,是被引力维系在一起的,而这种引力又与其质量相     

引力和引力场及其有关问题浅说

传说牛顿在苹果树下思考问题时，突然一只苹果掉下来，触动了这位物理大师的灵机。发现了万有引力定律，从此以后，物理学进入了一个新的时代。1万有引力无所不及自然界中形形色色的物质，都在不停地运动变化着，大至日月星辰，小到微粒、分子、原子、电子、介子等，这些物质之间都受到万有引力的作用，地球上的重力现象，实质是牛顿万有引力在地球周围的具体表现。从理论上讲，在地面上任何一点所感受到的引力，实质上是全部宇宙空间质量的万有引力的总和。因此，万有引力具有无所不及处处皆有的特征。一般说来，物质微粒或两个通常的物体…     

计算机数值方法证明广义相对论的行星运动理论不成立

广义相对论对牛顿引力理论进行修正,在光和行星的运动方程中引入α/r~3的项。由于数学上的困难,目前计算引力场中光和行星轨道运动时都采用近似方法,导致许多重要信息丢失。广义相对论运动方程的轨道极点由一元三次方程确定,有一个或三个实数解。外太空恒星发出的光在太阳系引力场中的轨道是单极点的。本文的严格计算证明,该极点在离太阳中心约5549米的地方。因此外太空恒星发出的光要进入太阳内部被消融,不可能被地球人观察到,地球的夜空应当是黑暗的。然而事实并非如此,广义相对论的光在太阳引力场中的两个实验检验都不成立。精确数值计算结果表明,行星绕日运动轨道存在三个实数极点,第三个极点位于太阳内部施瓦西半径外0.3毫米的地方。行星沿两个相连的三极点类椭圆的轨道运动。因此如果广义相对论正确,行星必将沿小椭圆轨道进入太阳内部被毁灭,这显然与事实不符。恒星在星系中运动时,也存在相同的问题。按照现有广义相对论行星运动方程的近似解,另外一种近似的替代图像是,水星不进入第三极点,但轨道要发生严重的形变。水星绕日一周近日点距离增加9.4万千米,远日点距离减小7.4万千米。水星绕日一周轨道的半正焦弦要改变几千米,这种改变是不对称的和可以累加的,会导致轨道严重变形最终崩溃。由此产生的巨大反差,使广义相对论关于水星近日点进动的计算变得微不足道。然而天文观察并没有发现水星轨道有这样大的改变。本文最后证明,在牛顿引力理论中考虑狭义相对论效应,会导致水星近日点百年16.5″的进动。需要解释的只剩百年26.5″,广义相对论百年43″的计算结果误差达到38.4%。如果在地球参考系的岁差和章动,以及其他行星对水星的引力摄动的计算中也考虑狭义相对论效应,还会引起更大的进动值修正。因此广义相对论对水星近日点进动的计算实际上没有意义。在广义相对论的四个经典实验检验中,与引力场方程有关的三个实验解释都是错的。因此对牛顿引力理论的修正只能按狭义相对论的方式进行,广义相对论对牛顿引力理论的修正不可能是正确的,爱因斯坦弯曲时空引力理论不成立。     

现代物理学中的黑洞

在茫茫宇宙中,存在着一些非常奇异的时空区域,象无底的“洞穴”,它能“吞食”任何物质,却不“吐出”任何东西。这些奇异的“洞穴”就是黄洞。黑洞是物理学中最令人难以理解的概念,它象独角怪物一样,似乎应该在幻想家的神话中出现,而不应该存在于宁静的宇宙中,然而,现代物理学的理论却预言了黑洞必然存在! (一)什么是黑洞什么叫黑洞、黑洞是怎样形成的呢? 宇宙中有许多星体,每个星体都有确定的大小和质量,星体周围分布着引力场,引力是自然界中广泛存在着的一种相互作用,爱因斯坦的《广义相对论》就是关于引力的理论。星体施于它周围物体的引力,总是力图把物体拉向星体,物体要克服引力的约束而飞到自由空间     

万有引力定律在多领域中的应用

牛顿发现了万有引力定律,即两个物体之间有引力,引力和距离的平方成反比,和两个物体质量的乘积成正比,这一定律也可以应用于国际贸易领域、市场营销领域以及城市规划研究中。     

木星平运动共振和Ⅰ型迁移对土星核形成的作用

采用三维N体模拟研究了在太阳星云盘中木星完全形成后土星核的快速形成.除了考虑太阳,木星及行星胚胎间的引力相互作用,还考虑了使行星胚胎发生Ⅰ型迁移和轨道圆化效应的气体盘潮汐作用.模拟表明:木星的平运动共振构型和行星Ⅰ型迁移大大地提高了行星胚胎的碰撞吸积率,同时木星的引力摄动有效地阻止大行星胚胎过快向内迁移而落入太阳中,最终在两百万年的时间内有可能在雪线之外靠近木星3:2平运动共振处吸积形成一颗土星核.     

行星入轨与原子新壳层

在《太阳系行星形成的爆炸波理论》和《新原子壳层和基本粒子分布律》两篇文章中，笔者已经研究了原星球与原太阳碰撞链爆炸形成类地行星和类木行星的过程，以及新原子壳层和基本粒子的分布规律。如果爆炸仅仅发生在核子（如中子、质子）层面，其结果是，原行星还会因太阳的引力被太阳吞食，成为太阳的一部分，不可能形成环绕太阳运行的新行星。本文进一步研究到底是什么力量将所形成的新行星推向其轨道。     

引力相互作用的微观图象

<正> 自从牛顿提出万有引力定律以来,有关引力来源和引力作用机制问题一直未能得到解决。本世纪初,爱因斯坦提出了广义相对论,建立了一种几何化的引力理论,但它无法同作为现代物理学主要支柱的量子理论相协调。鉴于这种情况,本文作者另辟蹊径,提出了物体自身质量时变的引力理论,指出引力来源于物体自身质量的衰减(物体自身质量时变系数为m=m。e~(-kt),k=0.883×10~(-10)/年,是与哈勃常数、引力常数相对应的物体自身质量时变系数),这是由于相对于真空而言,物体自身具有非常高的能量密度,从而产生了一种辐射扩     

太阳系“新家谱”

一、行星成员包括水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星。定义:围绕太阳运转,自身引力足以克服其刚体力而使天体呈圆球状,并且能够清11除其轨道附近其他物体的天体。二、矮行星成员包括冥王星和谷神星等。定义:与行星同样具有足够的质量,呈圆球状,但不能清除其轨道附近其他物体的天体。三、太阳系小天体定义:围绕太阳运转但不符合行星和矮行星条件的物体。太阳系“新家谱”     

大师的启示

 今年是著名的英国数学家、理论物理学家麦克斯韦(James Clerk Maxwell,1831—1879)诞辰180周年,他在物理学史上的地位与牛顿、爱因斯坦齐名。麦克斯韦把电、磁、光等现象用简洁的麦克斯韦方程统一了起来,在近代科学史上,这是继牛顿统一物体相互作用和运动规律以后实现的第二次物理学大综合。他在1873年出版的《论电和磁》,也被认为是继牛顿《自然哲学的数学原理》之后的又一部最重要的物理学经典。没有电磁学就没有现代电工学、电子学,就不可能有电气化、雷达和无线通信,也就不可能有现代文明。1931年,在纪念麦克斯韦诞生100周年时,爱因斯坦把麦克斯韦的电磁场理论贡献评价为“自牛顿时代以来物理学所经历的最深刻最有成效的变化。”     

万有引力定律的理论推导与等效原理的证明

在爱因斯坦的相对论基础之上,借助牛顿绝对时空的观点,对牛顿万有引力定律进行了理论推导。在严密的推导过程中,揭开了引力的成因,证明了等效原理,通过在理论上解释“为什么一个物体会产生万有引力”的基础上,阐明了万有引力应当称为万有压力。     

通古斯大爆炸挑战牛顿万有引力定律

通古斯大爆炸引起了人们对牛顿万有引力定律的质疑难道宇宙中的物体并不是像牛顿所说的那样相互吸引，而是互相排斥?莫非世界的构造是另外一个模式?但是任何物体，只要没有支撑，它一定会掉到地球上来(比如苹果掉到牛顿的头上)。如果不是地球的引力，那又是什么力让它往下掉呢?     

重量与质量

重量与质量是物理学中的两个重要概念。在不考虑地球自转的情况下,一个物体的重量,就是地球对该物体的引力。关于物体质量的定义,有“惯性质量”与“引力质量”之说。本文的目的,试图讲清质量的物理意义以及重量与质量的联系与区别。     

一个新颖的尝试

爱因斯坦说:“一个假设愈简单,说明的问题越广泛,则这个理论愈会引起人们的注意。”读了庄一龙副教授的《物体质量的辩证关系》、《论斥力子的存在及其意义》等几篇有关“斥力子”的论文(以下简称《庄文》),对其中的有些观点,我谈谈自己的看法。 至今为止的物理学,其物质结构理论都建立在引力论的基础之上,无论是宏观物体,还是微观基本粒子,它们的质量都是和万有引力联系着的,质量越大,引力也就越大,绝对不会出现质量越大,引力反而愈小的情况。现在物理学中所说的反粒子,仅仅只是指粒子所具有的电荷、自旋、宇称的对称性,还没有人正式提出过反引力的物质粒子存在的模型。尽管只有引力物质存在的宇     

能量守恒定律为唯一源定律的新牛顿力学

根据真理只有一个的原则,提出能量守恒定律为唯一源定律的新牛顿力学。文中实例说明其他定律在一定条件下可能与能量守恒定律相矛盾。原有的牛顿三定律和万有引力定律,原则上均可以由能量守恒定律导出。文中通过物体自由下落的实例,应用能量守恒定律导出原有的牛顿第二定律,并且证明原有的万有引力定律与能量守恒定律无矛盾;通过小球沿斜面下落的实例（属于广义相对论无法解决的物体受迫在平直空间运动的情况）,应用能量守恒定律导出改进的万有引力公式和改进的牛顿第二定律。其他守恒定律,如动量守恒定律和动量矩守恒定律,是否可以应用均需经过能量守恒定律的检验。当原有的牛顿第二定律不成立时,动量守恒定律和动量矩守恒定律也不再成立;文中给出改进的动量守恒定律和改进的动量矩守恒定律的一般形式。在能量守恒定律暂时无法有效应用的情况下,新牛顿力学并不排斥根据其他理论或精确试验结果导出针对某些具体问题的定律和公式。例如,借助于广义相对论导出可以处理行星近日点进动问题和光线近日偏折问题的改进的牛顿万有引力公式。再如,根据精确试验结果,得出光线近日偏折问题的综合引力公式（包含其他天体和太阳光压等影响）。与原有牛顿力学不同,在新牛顿力学中,对于不同的问题,可能有不同的运动定律,不同的引力公式,以及不同的能量表达式。例如,对于小球沿斜面下落问题和行星近日点进动问题,两者的引力公式是完全不同的。     

自然科学与社会科学的交融

提起现代科学的发展，人们自然会想到牛顿。1687年，牛顿发表了《自然哲学的数学原理》一书，巧妙地用万有引力定律把天上世界的斗换星移，日月运转与苹果落地选样的人间小事联系了起来，又明确地用数学的形式指出了引力是改变物体的运动状态的愿因，从而把     

关于“惯性”与“质量”的问题——论质量不是惯性的度量

在经典力学中,“惯性”与“质量”是两个基本的概念.正确地定义和解释这两个概念是很必要的.我认为,在我国出版的许多《物理学》、《理论力学》书籍中,对这两个概念的解释是违背辩证唯物主义的,也与客观事实不相符,因而是错误的.为了便于讨论问题,下面摘引其中几种有代表性的说法:“(牛顿)第一定律还指出,任何物体都具有一种特性,这特性首先表现在物体不受外力作用时保持速度不变这一事实上.我们把这种特性称为惯性.所以第一定律也称为惯性定律”.“物体的惯性还表现在受到外力作用时容易不容易改变速度这一事实上.……凡是容易改变速度的物体,我们就说它的惯性小,而不容易改变速度的物体,我们就说它的惯性