Yerçekimi neden sadece çekici bir güçtür?

Evrensel çekim yasasına göre, herhangi bir iki cisim (bazı kütlelere sahip), ... ve ... ters orantılı olan bir 'çekim' kuvveti yaşar.

O zaman sorum geliyor: Neden kuvvet sadece 'cazibe' türünde olmalı? Neden itme / başka bir kuvvet olmamalı?

Çünkü kütle pozitif

Kütle çekim kuvveti ile ilgili teklifinizi bir denkleme genişletmek için:

Yerçekimi kuvveti, , kütlelerin ile orantılıdır ve kare , , karesi ile ters orantılıdır . Bunu parçalayalım ve neyin pozitif olabileceğini .$F_G$$r$$F_G$

Bu denklemde, negatif olamaz çünkü iki konum arasındaki bir mesafedir. İki konum birbirinden negatif bir mesafe olamaz. Ve bir şekilde olsalar bile, kare yine de bununla ilgilenecekti.$r$

$G$ evrensel sabittir ve daima pozitiftir. Bunun olumsuz olabileceğini iddia edebilirsiniz, ancak bu mümkün değil. aslında mevcut değil. Evrenin fiziği için temel hiçbir şeyi tanımlamaz. , kütle ve mesafe için herhangi bir birim seçimine dayanarak kuvvet için doğru cevabı almamızı sağlayan bir defter tutma sabitidir. Teknik olarak, eğer kütle ve mesafe (örneğin, Planck birimleri ) için "doğru" birimleri kullanırsa, ve etkin bir şekilde mevcut değildir. Yana birimlerinin seçimine bağlıdır sadece bir ölçek faktörü olup, sadece pozitif bir sayı olacak.$G$$G$$G=1$$G$

Bu bizi kitlelere bırakıyor. Olumsuz olabilecek tek şey bunlar. Tabii ki, pozitif, itici bir güç elde etmek için, bir kütlenin pozitif ve diğerinin negatif olması gerekir. Ama negatif kütle tam olarak nedir? Kütle, bir şeyin "ne kadar" olduğunu tanımlayan metriktir. Hiçbir şeyden daha azına nasıl sahip olabilirsiniz?

Kütle neden negatif olamaz?

Buna başka bir şekilde bakmak isterseniz, kitle negatif olursa, saçma sapan sonuçlar elde edeceğinizi gösterebilirsiniz! Elbette, fiziğin diğer tüm yönleri aynıydı. 'Den hat Newton'un ikinci yasası olduğunu

Diyelim ki bir masada oturan iki blok var. Bir blokta pozitif olan kütlesi, negatif olan kütlesi vardır . Şimdilik bu iki bloktaki diğer tüm kuvvetleri görmezden gelin.$m_1>0$$m_2<0$

kadar ve bu kütleyi ileriye doğru itmek için bir kuvvet . Endüklenen ivme: . Mutlaka hareket ettiği yön, . Hepsi iyi ve güzel.$m_1$$a = F/m_1$$m_1$

Şimdi ve aynı kuvveti uygulayarak masaya doğru itmeye çalışıyorum. üzerinde tetiklenen ivme :. Not yaptığım$m_2$$m_2$$a = -F/|m_2|$$m_2$pozitif ve negatif işareti çıkardı. Gücüm ileriye doğru giderse, kütlenin hareket yönünün geriye doğru olacağını görebilirsiniz! Ama sorun şu, elim yolunda çünkü kitleye doğru itmeye çalışıyor. Kitle elimde geriye doğru hareket etmeye çalışırken, elime bir kuvvet uygulayacak, bu da Newton'un üçüncü yasasına göre, mutlaka elimin blok üzerinde daha fazla kuvvet uyguladığı anlamına geliyor, bu da elime daha fazla güç uyguluyor. .. ve aniden sonsuz kuvvetler uygulanıyor ya da aynı şekilde, bu nesneler sonsuz hızlanıyor. Bu, Runaway Motion kavramı ile açıklanmaktadır .

Eğer bu senin için garip görünüyorsa, çünkü. Eğer negatif kitleler mevcut olsaydı, çok garip bir evrende yaşayabilirdik. Neyse ki, fiziğin mantıklı olduğu, kütlenin pozitif olduğu ve yerçekimi ile her zaman çekici olduğu bir evrende yaşıyoruz.

Yerçekimi neden sadece çekici bir güçtür?

TL; DR
Çünkü kütle her zaman pozitiftir.

Farklı kitle kavramları var, ama eşdeğerler.
İki farklı kütle kavramı vardır: yerçekimi ve atalet. Newton'un yerçekimi yasasında kitleler,$F = \frac{Gm_1m_2}{r^2}$, kütle çekim kütleleri. Newton'un ikinci hareket yasasındaki kütle,$F=ma$, eylemsizlik kütlesidir. Yerçekimi ve eylemsizlik kütlesinin dolaylı olarak Newton mekaniğinde aynı olduğu varsayılır. Genel görelilik, bu varsayımı denklik ilkesinde açıkça ortaya koymaktadır.

Ama ya eşdeğer değillerse?

Bir kimsenin basitçe bir varsayım yapabildiği ve nereye götürdüğünü görebildiği matematiğin aksine, fizikteki varsayımların doğrulanması gerekir. Bu varsayım, hem zeminde hem de uzayda birçok malzeme ile test edilmiştir. Cavendish deneyinde farklı türde malzemeler kullanılarak varyasyonlar yapılmıştır. Yerçekimi sabitinin (en iyi on binde bir kısım, en iyi) oldukça hassas doğruluğu sınırları içinde, bunların her biri sıfır hipotezi (yerçekimi ve atalet kütlesi aynıdır) ile uyumludur ve farklı malzemelerin hipotezi ile tutarsızdır. ölçülebilir şekilde farklı kütleçekimsel ve ataletsel kütlelere sahiptir.

Dünya'nın Ayı, çok farklı yakın tarafı ve uzak tarafı ile bu denkliği test etmek için daha iyi bir mekanizma sağlar. Ay, Cavendish tarzı deneyler için mevcut on binde bir (en iyi) doğruluktan ziyade, sodyum ve demir için yerçekimi ve atalet kütlesinin on trilyon başına yaklaşık bir parçaya eşdeğer olduğunu gösterir .

Sıradan madde için çok fazla, ama antimadde ne olacak?

Sıradan bir madde parçacığı ve onun karşımadde eşdeğeri kütlesine sahip olması, dünyadaki parçacık çarpıştırıcılarında aynı (pozitif) atalet kütlesine tekrar tekrar test edilmiştir. Eşdeğerlik prensibinin antimadde için de geçerli olup olmadığı biraz açık bir sorudur. Eşdeğerlik ilkesinin antimadde ve normal madde için geçerli olduğunu düşünmek için birçok neden olsa da, durumun bu şekilde test edilmesi çok zordur. Bugüne kadarki en iyi sonuçlar nötr antihidrojenin (bir antiproton ve bir pozitron) düşüp düşmediğini test eden ALPHA deneyidir. Sonuçlar, antihidrojenin kütle çekim kütlesinin atalet kütlesinin -65 ila 120 katı arasında bir yerde yattığıdır. Bu, sonuca yakın bir yerde değildir, ancak denklik ilkesi ile tutarlı olarak, pozitif bir kütle çekim kütlesine sahip antimaddeye doğru eğilir.

Daha önce "kitle negatif olamaz" diyen cevaplarla aynı çizgide, bunun neden böyle olabileceğine dair bir fikir eklemek istiyorum. Higgs alanı ve parçacıkların alanla değişen derecelerde etkileşimi kütle dediğimiz şeye yol açarsa, teori fotonların kütle olmadığını (ve uzaydaki hız sınırını oluşturduğunu) çünkü alan. Çerçevenin alanla veya "anti-Higgs" alanıyla olumsuz etkileşime izin verdiğini düşünmüyorum.

Teorik olarak, yerçekimi itildiğinde nesnelerin size doğru hareket etmesi anlamında "çekici" olabilir. Bu negatif kütleden meydana gelebilir (mantıklı görünmüyor, ancak teorik olarak mümkün). Peter Engels ve diğerleri burada bir makale yazdılar ve bu ilginç bir fikir.

Fikir şu ki, atomları neredeyse mutlak sıfıra soğutmakla, bir Bose-Einstein kondensi yaratırlar ve kuantum dinamikleri alanındaki dalgaları severler.