万有引力定律羽库仑定律相似性的解释
万有引力定律和库仑定律都服从二次方反比规律。人们一直在探索,它们相似的背后是否存在某种内在联系,或者说它们在本质上是同一种力。但截止目前没有统一的理论来解释它们的相似性。如若这两种力本质上不存在联系,那么寻其内在联系只能是越走越迷蒙。
库仑力和万有引力分别是通过光子和引力子传递力的,也就是说光子和引力子是产生这两种力的直接原因。那么不妨从光子和引力子在点电荷和质点周围的分布规律来研究它们的二次方反比规律。
一、库仑定理的一种解释
光子虽然是一份一份的,但由于电荷的堆积,在宏观表现上一点电荷在同等时间段向各个方向上辐射出的光子数可以认为是相等的。因为光速是不变的,且电磁场力无限长。所以以一点电荷为圆心,半径为r的球面上光子的分布是均匀的,且以带电量相同的点电荷为球心,半径r不相等的不同球面上光子的数量是相同的。
库仑力以光子传递力,电荷所带电量的多少决定其在相等的时间段内所发光子的多少,也
决定其周围电场的强弱。那么我们可以用电荷在相等的时间段内发出的光子数量来表示其所带的电量,用这一电荷所发出的光子的空间分布密度来表示此电荷周围的电场强度。
设某点电荷在某一时刻辐射出的光子数为q,则在距点电荷为r的假想球面上光子的分布密度为 ρ=q/(4πrr)(由于不支持公式编辑器望谅解)设点电荷所在空间的介电常数为e,并把常数1/4π提出,这一光子分布密度式即可写为E= [e/(4π)]×[q/(rr )] =Kq/(rr ).前面已讨论了电场强度可以用光子分布密度表示,那么这里的光子分布密度式就完全是一个电场强度式了。
二、 引力作用机理与电磁作用机理的对比:
物质间的引力是通过交换假设的无质量的自旋为2的场量子--引力子进行的。引力作用有无限力程。
电荷、电流和磁矩之间相互作用是通过交换自旋为一的场量子--光子进行的.电磁场有无限长的相互作用力程。
我们可以看出:这两种力的作用机理惊人地相似,那么我们应当毫不犹豫地把万有引力场
强的表达式写为E= Gm/(rr)
三、总结:
同库仑定律和万有引力定律一样,与距离二次方成反比规律的例子在自然界常见,是一种普适规律。例如,点光源周围光强度的分布规律。所以,我们在研究点周围均匀发散性物质的分布规律时应多考虑其与点距离的二次方成反比的规律。
参考文献:①[德]斯托克编;吴锡真等译 物理手册 北京 北京大学出版社2004.1
②刘克哲编 2版 物理学 北京 高等教育出版社1999(2000重印)
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