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你是否曾想过,那个我们从小学习的万有引力定律,在宇宙的某些角落可能并不适用?或许你会疑惑,这个被用来精确预测行星、卫星和小行星运动的定律,为何会在某些情况下失效?
众所周知,万有引力定律指出,两个物体之间的引力与它们的质量成正比,与它们之间距离的平方成反比。然而,这个看似“万能”的定律,其实并非在所有情况下都适用。在强引力场(如黑洞附近)和弱引力场中,牛顿定律都显得力不从心。
在弱引力场中,我们对于引力的理解变得模糊。当物体距离非常远或质量非常小,我们甚至无法测量引力的大小,更不用说验证万有引力定律的准确性了。这与我们在地面上观察地球的情况类似:当我们接近地面时,地球看起来是平的,但当我们远离它时,它变得圆滑,当我们进一步放大时,它又变得崎岖不平。
与万有引力定律相比,库仑定律在正常人类尺度下表现得更为精确。这是因为电荷之间的吸引力远远超过了万有引力。例如,两个粘在一起的胶带片之间的电吸引力,比它们之间的万有引力大百万亿倍。
为了验证万有引力定律在弱引力场下的准确性,科学家们进行了许多精密的实验。这些实验包括使用非常灵敏的摆动摆锤和精确控制的激光来测量微小的玻璃珠上的位置和力。到目前为止,对于相距一米的物体,我们只能确认它们之间的引力遵循万有引力定律,但精确度只有大约百分之一,这比我们对电学定律的了解精度低了一万亿倍。
在原子核尺度下,我们对引力的理解变得极为不确定。引力可能比万有引力定律预测的强百万亿倍,也可能依赖于质量的其他幂次或距离的倒数立方。这种不确定性意味着宇宙中可能隐藏着许多令人惊奇的真理。
虽然我们尚未在弱引力场中发现与万有引力定律不一致的引力,但我们的不确定性仍然很大。这意味着,在探索这个未知领域的旅程中,我们仍有许多惊喜等待发现。
在这场探索未知的旅程中,我们感谢 Heising-Simons 基金会对 MinutePhysics 和基础物理研究的支持。这些实验不仅小巧、简单、巧妙,而且不需要巨大的粒子加速器,就能测试我们对物理学的根本理解。
回到文章开头的问题,万有引力定律是否真的“万能”?答案显然是否定的。但在弱引力场的未知世界中,我们仍有许多未解之谜等待解答。让我们继续探索,揭开宇宙背后的更多秘密。
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