五、万有引力与电磁力的比较.DOC

五、万有引力与电磁力的比较 摘要：文章提出了两个基本假设，指出了引力与Coulom,力的相似性和区别，它们之间在一定的条件下可以相互转化，在转化过程中作用力的大小不变。 关键词：万有引力、电磁力、量子分布、连续分布、转化 莱布尼茨曾说：“在从世界开始到牛顿生活的时代的全部数学中，牛顿的工作超过了一半。”1665年到1667年Newton在家乡居住躲避瘟疫的时期发现的。当时他24岁左右，正值青春年华、才思敏捷的时代，他的引力思想正是在这二年间孕育、发展和形成的。后来Newton在谈到他在1666年间一系列重要发现时写道：“这一年里，我开始想把重力推广到月球的运行轨道上去，在求出了在内球面上一个旋转的小球对球面的压力后，我就从行星运转周期的平方同它们到太阳的平均距离的立方成正比的开普勒定律推导出：使行星保持在它们的轨道上的力必定与它们到旋转中心的距离的平方成反比。而后把使月球保持在它轨道上所需要的力和地球表面的重力做了比较，发现它们近似相等。所有这一切都是在1665年和1666年瘟疫流行的年代里发现的。那时我正处于发明创造的青春年代，并且比任何时候都更关心数学和哲学。” ?行星绕日运动的轨道究竟是什么样的，这是当时科学界所关心的问题。1679年，Hally与Wren也按照圆形轨道由Kepler第三定律和Huygens在1673年发表的向心力的公式，证明了作用于行星的引力与它们到太阳的距离的平方成反比。但是他们不能证明行星在椭圆轨道上也是如此。这年10月24日， Hooke在给Newton的信中，提出了引力反比于距离的平方的猜测，并问道：如果是这样，行星的轨道将是什么形状？Hooke给Newton的信重新激起了Newton对动力学的兴趣，使Newton把他的注意力转到椭圆运动问题。 1684年1月，Wren、 Hally和Hooke三位当时英国科学界著名人士在伦敦相叙，讨论行星运动的轨道问题。胡克说他已通晓，但拿不出计算结果。于是Hally专程去剑桥请教Newton 。 Newton告诉Hally他在1679年做了行星在椭圆轨道上时引力平方反比律的证明，断然地说，行星绕日轨道是个椭圆，但手稿压置5年之久，一时找不到，应允重新计算，约期三个月后交稿。 Hally按约再度访剑桥， Newton交出一份手稿《论运动》， Hally大为赞叹。 在《原理》第三篇〈宇宙体系〉中， Newton精辟地表达了万有引力定律：“一切物体所具有的引力正比于它们各自所包含的物质的量，与距离的平方成反比。” 1685年， Newton在《原理》中提到引力是物体的普遍属性时写道：“如果依靠实验和天文观察，普遍发现地球周围的所有物体都被吸向地球，而且这种吸引正比于这些物体各自所含的物质之量，月球同样也按其物质之量而被地球所吸引；另一方面，我们的海洋又被月球所吸引；所有行星都相互吸引，而且彗星也以同样方式被太阳所吸引；那么，根据这条法则，我们必须普遍承认，所有物体都天然具有相互吸引的本性。” 物体间的引力反比于其间距离的平方是引力的基本属性。在当前新发展的一些理论中，预言有一些新的弱作用粒子。由于它们的存在，有可能破坏这一基本属性。检验平方反比律不仅能进一步确定引力规律的精确程度与适用范围，还能判断某些新理论的真伪，影响着整个物理学的发展。人们还期待这一研究能对物理学统一的途径提供有益的线索与启示。虽然引力的平方反比律与库仑定律相似，但是对引力规律的检验要比对库仑定律检验困难得多。除了引力很弱，难以测量得很精确以外，由于尚未发现有负质量，环境引力的干扰很难屏蔽。因此，降低或消除干扰成为检验引力平方反比律的关键 。 目前，在较大的距离上，例如在太阳系尺度范围内，引力的平方反比定律已经有了较好的证据。通过对各行星、宇宙飞船、人造卫星以及火箭等的运行轨道的研究证明，平方反比定律中的距离r2±δ的δ精度已达到了10-8。然而在较小的距离上，例如1米以下到几厘米，δ的精度目前只能达到10-3。 近距离的实验更具有较大的困难：首先与小物体间的距离越小，引力就越弱，难以准确测量；其次，在近距离下，引力干扰相应加大，在引力不可屏蔽的情况下，实验结果的可靠性就成了问题。澳大利亚的地球物理学家斯塔西等人，通过测量几千米深矿井中的地球引力，再与地面上的地球引力做比较，来判断近距离下的平方反比定律。然而，这种方法需事先假定地球是一个匀质球体或椭球体，从他们得到的实验结果来看，很难说明是平方反比律不准确还是地球本身是非匀质的。 最早提出电力平方反比定律的是Priestley 。 Priestley的好友富兰克林曾观察到放在金属杯中的软木小球完全不受金属杯上电荷的影响, 他把这现象告诉了Priestley, 希望他重做此实验。 1766年,