这正是万有引力的局限性之一,需要用量子力学或者广义相对论来解决!
万有引力的深层原理,涉及到复杂的广义相对论知识,这里我们不用广义相对论来解释,我们来看量子力学的解释。
万有引力定律描述:可看成两个质点的物体,质量分别是M和m,相对距离r,那么它们之间的万有引力大小为F=GMm/r^2。
该公式利用的前提是,两个物体可以看成质点,对于不可看成质点的物体,该公式将不再适用;比如两物体间的相对距离非常小时,利用该公式将得到发散的引力,这显然是错误的。
我们从微观来看,两个物体相互接近时,距离并不会无限靠近,原因有两点:
(1)不同原子的核外电子间,存在排斥力;
(2)不同原子的原子核间,存在排斥力;
电磁相互作用非常强,比万有引力高39个数量级,加上量子力学的限制,使得两个相互接近的原子,并不会无限靠近,所以万有引力自然不会无限大。
我们可以用经典力学的模型,来简单估计一下,氢原子的原子核,与核外电子间的万有引力大小:
氢原子核质量M=1.67×10^(-27)kg;
核外电子质量m=19.31×10^(-31)kg;
氢原子半径为r=0.53×10^(-10)m;
于是,两者间的万有引力F:
F=GMm/r^2≈4×10^(-47)N;
我们看到,虽然氢原子核与核外电子间的距离非常近,但是它们之间的万有引力小到忽略不计,完全没法和它们之间的电磁力相比。
所以正常情况下,万有引力并不会出现发散的情况。
物质有很多原子组成,就算把这些大量的原子算上,正常情况下也不会把万有引力叠加到无穷大。
除非特殊情况,比如中子星、夸克星和黑洞,它们内部已不再是普通物质,原子已经被“压碎”,广义相对论描述该类天体时,就会出现引力发散的情况。
而且,很有可能这正是当前理论的局限性所在。
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