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對物理學的思考(二)
2019-06-13
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    質點的適用范圍(二)

    前面提出經典物理規律所適用的范圍只能是蘋果落到地面上的范圍,而不適用蘋果落到地里面后的相互作用。現在就從蘋果落到地里面后的相互作用分析起。

    現在假設地球是一個質地均勻的大球,其半徑為R,質量為MR,這個大球對質量為mδ蘋果的引力為:。其中r為地球質心(球心)到蘋果的距離,對這一規律按上面的分析,只適用于r>R的情況下 ,由此這種引力作用的最大值也就是蘋果到地面時所受到的力:,但當蘋果進入地面后,蘋果所受到的引力就是地球內部物質作用的一種合力。由于球對稱這種合力的結果最后成為兩個方向相反的作用力F1與F2之合,這兩個力的方向都是地球心與蘋果的連線方向,其F1是在過蘋果并垂直它的平面S分割開的大球缺所有物質對蘋果所形成引力的合力,F2為小球缺所有物質對蘋果形成的引力,但這時這兩個力恰恰是方向相反的,即這時蘋果所受合力為F1-F2,這時引力的合力不是增大反而變小了,且當r越來越小時這個合力變得越來越小,如當r變小到零時,即蘋果到達球心,所受到的合力也就變為零了,即在球心引力不僅不是達到最大,反而是達到了最小,變為零了。之所以會如此,是因為當蘋果進入地球后,這時所賦予質點(球心)的質量MR已不再存在,而是地球內部的物質對蘋果的吸引作用了。也就是說在進入物體后,并不可能存在一個奇點(球心),這個有質量MR的奇點是由于人為的將全球的質量賦予質心的結果。

    這種分析是否成立,是可以用物理實驗來證實的。地球上有很多礦井,只要在礦井口秤一下體重(地球對人的引力),再下到深的礦井中秤一下體重,盡管地球不是一個質地均勻的球體,其內各處的質地有所差別,但還是可能發現這種重量(引力)變化的,當然地球的半徑很大(6400公里),但只要礦井足夠深,如礦井深為1公里,這時體重差將在萬分之一以上,這時80公斤的人應有約10克力以上的差異,這是能夠測量到的,但這時的測量是不能用天平秤來測量的,因為雖然進入了球內,引力大小發生了變化,但被稱量物(人體)的質量卻是沒發生變化的。

    從這一實驗可見,從數學公式是可能得到一個引力無窮大的奇點,在此處曲率和密度可能無限大,但在物理學上,不論這個物體的質量有多大,但只要它并不是一個數學點,是有一定空間限度的,在這個物體內的質心處,引力的合力其實都只能是零,即不會出現奇點的,不會出現一個曲率和密度無限大的點。而事實上現在的實物質的質點,都是有邊界限度的,大到恒星小到基本粒子,都有空間限度,盡管恒星的體積很大,基本粒子的空間限度很小,但它們都是有邊界的,是內外有別的邊界。用質點去進行計算,是必須注意這種邊界兩邊的不同。只所以會出現這種奇點的認識,是理論家們深深陷入數學方程的思考與計算中去了。物理學不應陷入無物質無時空的思考中,而是應當以物質在時空中的運動為基礎,充分注意物質運動的時空限度,即引力的奇點是人為造出來的,這是今后物理學應仔細疏理,進行全面深入思考的問題。

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草根簡介


1938年7月15日生。北京大學畢業,分配到中國工程物理研究院核物理與化學研究所工作,直到退休。研究員。現居住北京海淀區。
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