引力的效应能无限延伸吗?

不,引力效应并不会无限延申,引力效应产生不会超越星系群。牛顿万有引力定律告诉我们,由两个物体质量引起的引力取决于它们的距离r,相关性为1 / r 2。随着你越来越远离太阳或地球等引力体(即随着距离r的增加),它对你的引力效应会减弱,但根据牛顿万有引力定律,它永远不会完全消失。然而,牛顿的引力定律是错误的。

图解:时空翘曲-引力效应是时空翘曲的结果. (图片来源: Christopher S. Baird)

最正确的引力理论目前不是牛顿定律,而是引入宇宙学常数的爱因斯坦的广义相对论。广义相对论描述了引力如何不是一种直接的,经典的外力。相反,我们称引力的效果就是物体如何在一个本身弯曲的时空中移动。比如太阳之类的引力体不会射出重力场线。相反,质量会扭曲空间和时间,当物体在翘曲的时空中以直线运动时,物体似乎受到力的作用。广义相对论不仅解释了传统的引力,它还解释了时空行为的其他方式。时空的行为取决于质量和能量的存在量、分布方式以及移动方式。

在星系群或者比星系更小的尺度上,存在足够的局部质量,使得时空行为像传统的引力一样。换句话说,在蚂蚁、瀑布、人类、行星、太阳系、星系和星系群的尺度上,时空的行为方式使得一个质量体似乎在引力上吸引另一个质量体。在这些尺度上,广义相对论几乎完全再现了较旧且不太准确的牛顿引力定律。(即使在这些尺度上,牛顿定律的不正确预测与广义相对论的正确预测之间存在可测量的差异,但差异通常很小,以至于需要敏感设备来检测它们。)粗略地说,在所有我们在日常生活中关心的尺度,时空行为大多就像是牛顿定律所描述的引力。

在大于星系群的尺度上,恒星、行星、卫星的质量变得很稀疏,而且太过局部化,使得时空不能继续像传统的引力一样产生引力效应。在这些尺度上,时空看起来大多是空的,大部分是均匀的,而且大多是平坦的,根据包含宇宙学常数的广义相对论,在这样时空中的两个遥远的星系不再相互移动。

他们彼此远离,但这并不是说两个星系正相互排斥。相反,这就是时空的本质,当它大部分是空的,均匀的和扁平的时,它会膨胀。在遥远的星系之间不断产生新的空间,使不同星系群中的星系之间的距离不断增长。此外,这种扩张正在加速。不同星系不仅移动得越来越远,它们也以越来越快的速度向更远的方向移动。科学家称这种大尺度的时空行为为“宇宙膨胀”或“度量扩张”。

研究者已用许多不同的方法已经多次实验证实了宇宙膨胀。我们在这里讨论的关键概念是,宇宙的加速膨胀是时空本来的属性,在时空上,时空不再具有传统的引力效应。

总之,引力的影响仅延伸到每个引力组的边缘。除此之外,时空不再像传统引力那样。当你离开它的星系团时,并不是因为恒星的引力太弱而无法影响到它。相反,引力的吸引力完全可以延申到临近星系群。太阳系中相对于太阳放松的锤子会飞向太阳。另一把锤子在不同的星系中静止释放,但和我们的太阳在同一个星系组中,锤子也会向太阳飞过来。

但是,不同星系组中的锤子是不会向太阳移动的。它会向与太阳相反的方向加速移动。事实上,假想的远程锤子以越来越高的速度远离我们整个星系群。在宇宙尺度上,时空不会表现得像传统的引力效应一样,所以,这样看来,引力从根本上不会超出其引力束缚的星系群。

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3. wtamu

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