为什么牛顿引力属于超距作用,而库仑力却是电荷之间通过电场以有限速度来传递的?

为什么牛顿引力属于超距作用,而库仑静电力却是电荷之间通过电场以光速来传递的?尽管两种相互作用的表达式在形式上高度相同。难道法拉第提出“场”的概念之后,后人也没有注意到这个问题吗?

如果单纯从牛顿的万有引力定律公式来看,引力是一种超距作用,只要两个物体具有质量,它们之间无论相隔多远的距离,哪怕是一个在银河系中,还有一个在100多亿光年之外的河外星系中,它们都会瞬间产生引力作用。只是如果物体之间的距离很远,它们的引力作用很弱,趋近于零。对于这样的现象,牛顿本人也没有给出解释。

直到1916年,爱因斯坦正式发表广义相对论之后,这个问题才得到解决。爱因斯坦认为,有质量的物体弯曲了空间而产生引力作用,物体产生的引力场以光速向外传播,而不是以无穷大的速度向外传播。关于这一点,在2012年,我国科学家通过在日食期间研究地球的固体潮(地球在太阳和月球的潮汐力作用下会发生周期性形变),首次证明了引力场的传播速度正好就是光速。

关于引力不是超距作用而是以光速传播的更关键、更直接的证据,来自2016年首次直接探测到的引力波。广义相对论预言,由于物体会压弯时空,当两个物体相互绕行之时,就会引起时空曲率发生动态变化,并释放出以光速传播的引力波。理论上,地球绕太阳旋转、人在地球上走动都会产生引力波,只是这些普通物体的引力场太弱,无法使时空曲率发生显著的变化,故所产生的引力波几乎无法探测到。

然而,如果是引力场十分极端的黑洞,情况就会变得非常不同。当两个黑洞互相旋转时,它们强大的引力场互相扰动,并释放出超强的引力波。即便它们远在13亿光年之外,我们仍能在地球上探测到引力波。由于引力波被发现,引力以光速传播得到了完美的验证。

当然有人注意了这个问题,也恰恰指出了牛顿超距作用的悖谬之处。

有一个例子,如果太阳突然消失,失去引力的束缚,地球是否会像一列火车,朝太阳系边缘飞驰?牛顿认为,在太阳消失的瞬间地球就会飞走。而爱因斯坦认为,8分钟以后会飞走。

这就有一个区别,牛顿认为引力是超距作用的。而爱因斯坦认为引力是通过引力波传递的,引力波的速度是有限的,近似光速。

前段时间引力波的证实和发现,证明爱因斯坦是对的,这与电场中的库仑力传递并不违背。

超距作用是牛顿时期的早期物理概念,早就已经被物理学抛弃了,现代物理根本没有超距作用这一说。

牛顿的三定律可以完美的解决各种系统碰撞产生的现象,所以当时的人们试图用系统的碰撞来解释所以物理现象,但是对于引力却完全无法解释,于是就称其为超距作用。

要知道这个时代还没有人对电现象进行详细研究,更不要说发现电磁场了。

对电磁力研究也是在递进的,最早库伦力也被认为是超距作用,后来才慢慢的发现了电磁场。

到现在为止,已经根本不存在超距作用的说法了,引力也不是,尤其是今年发现了引力波。引力的传播的速度也是光速。只不过引力传播是通过时空的秉性传播的,并不是某种组织。

万有引力公式只是对星体运动规律的一种描述并不涉么引力本质,别说牛顿不知道引力是个啥,就是几百年过去的今天对引力是个啥如何作用传播多快依然是谜中之谜,电场力是依据电磁波及光速推测的并没实际测量过。

2022-04-10

2022-04-10