गुरुत्वाकर्षण केवल एक आकर्षक बल क्यों है?

Question

आकर्षण के सार्वभौमिक नियम के अनुसार, किसी भी दो निकायों (कुछ द्रव्यमान वाले) में 'आकर्षण' के एक बल का अनुभव होता है जो कि आनुपातिक है ... और ... व्युत्क्रम आनुपातिक ...।

फिर मेरा सवाल आता है: बल क्यों होना चाहिए केवल 'आकर्षण' प्रकार का होना चाहिए? इसे प्रतिकर्षण / किसी अन्य प्रकार का बल क्यों नहीं होना चाहिए?

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इस पर कुछ समय पहले न्यू साइंटिस्ट में एक लेख आया था। यह शोध का वर्णन कर रहा था कि पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण के तहत एंटीमैटर (एक नकारात्मक द्रव्यमान रखने का अनुमान ) कैसे प्रतिक्रिया करता है। यह माना जाता है कि एंटीमैटर (विशेष रूप से एंटी-हाइड्रोजन, इस मामले में) गिरने के बजाय बढ़ सकता है।

— बीटा डेके

उपर्युक्त लेख

— बीटा

@BetaDecay मुझे यकीन नहीं है कि वह लेख किस बारे में बात कर रहा है। भौतिकी में कोई वास्तविक पूर्वानुमान यह नहीं बताता है कि एंटीपार्टिकल्स में नकारात्मक द्रव्यमान होता है। से विकिपीडिया : "एक कण और उसके कण एक दूसरे, लेकिन विपरीत इलेक्ट्रिक चार्ज और अन्य क्वांटम संख्याओं के रूप में ही बड़े पैमाने पर है।"

— zephyr

मुझे लगता है कि इस प्रश्न को सामान्य तरीके से सीमित करने वाले तरीके से कहा गया है। मुझे लगता है कि बड़ा सवाल यह है कि क्या गुरुत्वाकर्षण कुछ सीमाओं के तहत कुछ बड़े सिद्धांत का प्रकटीकरण है। गुरुत्वाकर्षण के न्यूटन का सिद्धांत "साधारण टिप्पणियों" पर आधारित है और अधिकांश मानव विचारों के लिए बहुत अच्छी तरह से काम करता है। न्यूटन के सिद्धांत पर आधारित गणनाएं पुरुषों को चंद्रमा और पीठ पर मिलीं। हालांकि बुध की कक्षा और जीपीएस के समय के लिए तो सापेक्ष विचारों पर ध्यान दिया जाना चाहिए। तो सवाल क्या होना चाहिए? यह देखते हुए कि "डार्क एनर्जी" ब्रह्मांड को तेजी से और

— फ़ैस

भौतिकी बोर्ड में एक ही सवाल। Phys.stackexchange.com/questions/11542/… आप कुछ स्पष्टीकरण के लिए स्पिन 1 और स्पिन 2 कणों को देख सकते हैं, लेकिन जब तक गुरुत्वाकर्षण वास्तव में नहीं समझा जाता है, तब तक सभी उत्तर बहुत अधिक परिकल्पना हैं। यहाँ कुछ संबंधित जवाब के साथ-साथ: quora.com/...

— userLTK

Answer 1

क्योंकि द्रव्यमान सकारात्मक है

एक समीकरण में गुरुत्वाकर्षण बल से संबंधित अपनी बोली का विस्तार करने के लिए:

$$F_G = -\frac{Gm_1m_2}{r^2}$$

गुरुत्वाकर्षण बल, जनता के उत्पाद के आनुपातिक और दूरी, , वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होता है । आइए इसे तोड़ते हैं और देखें कि के सकारात्मक होने का क्या कारण हो सकता है ।$F_G$$r$$F_G$

इस समीकरण में, ऋणात्मक नहीं हो सकता क्योंकि यह दो स्थानों के बीच की दूरी है। दो स्थानों के अलावा एक नकारात्मक दूरी नहीं हो सकती। और यहां तक ​​कि अगर वे किसी भी तरह थे, तब भी स्क्वायड इस बात का ध्यान रखेगा।$r$

$G$ सार्वभौमिक स्थिर और हमेशा सकारात्मक है। आप तर्क दे सकते हैं कि यह संभवतः नकारात्मक हो सकता है, लेकिन यह संभव नहीं है। वास्तव में वास्तव में मौजूद नहीं है। यह ब्रह्मांड की भौतिकी के लिए कुछ भी मौलिक वर्णन नहीं करता है। बस एक बहीखाता स्थिरांक है जो हमें द्रव्यमान और दूरी के लिए इकाइयों की किसी भी पसंद के आधार पर बल के लिए सही उत्तर प्राप्त करने की अनुमति देता है। तकनीकी रूप से, यदि कोई द्रव्यमान और दूरी (जैसे, प्लैंक इकाइयों ) के लिए "सही" इकाइयों का उपयोग करता है , तो और प्रभावी रूप से मौजूद नहीं है। चूंकि केवल एक स्केलिंग कारक है जो इकाइयों की पसंद पर निर्भर करता है, यह केवल एक सकारात्मक संख्या होगी।$G$$G$$G=1$$G$

जो हमें जनता के साथ छोड़ देता है। ये केवल वही चीजें हैं जो संभवतः नकारात्मक हो सकती हैं। बेशक, एक सकारात्मक, प्रतिकारक बल प्राप्त करने के लिए, एक द्रव्यमान को सकारात्मक होना चाहिए और दूसरा नकारात्मक। लेकिन वास्तव में एक नकारात्मक द्रव्यमान क्या है? द्रव्यमान वह मीट्रिक है जो कुछ का "कितना" वर्णन करता है। आप किसी चीज़ से कम कैसे हो सकते हैं?

द्रव्यमान नकारात्मक क्यों नहीं हो सकता है?

यदि आप इसे दूसरे तरीके से देखना चाहते हैं, तो आप यह दिखा सकते हैं कि यदि द्रव्यमान ऋणात्मक हो सकता है, तो आपको निरर्थक परिणाम मिलेंगे! बेशक, भौतिकी के अन्य सभी पहलू समान थे। से याद न्यूटन के दूसरे नियम है कि

$$F = ma$$

मान लीजिए कि एक टेबल पर दो ब्लॉक बैठे हैं। एक ब्लॉक का द्रव्यमान जो सकारात्मक है और दूसरे का द्रव्यमान जो ऋणात्मक है। फिलहाल इन दोनों ब्लॉकों पर अन्य सभी बलों की उपेक्षा करें।$m_1>0$$m_2<0$

मैं तक जाता और मैं इस द्रव्यमान को आगे बढ़ाने के लिए एक बल हूं। जो त्वरण प्रेरित है वह है: । आवश्यक रूप से , जिस दिशा में चलता है वही दिशा है जिसमें मैं धक्का दे रहा हूं। वह सब अच्छा और अच्छा है।$m_1$$a = F/m_1$$m_1$

अब मैं पर जाता और मैं एक ही बल लागू करता हूं, इसे मेज पर आगे बढ़ाने का प्रयास करता हूं। पर प्रेरित त्वरण होगा:। नोट मैंने बनाया है$m_2$$m_2$$a = -F/|m_2|$$m_2$सकारात्मक और नकारात्मक चिन्ह को बाहर निकाला। आप देख सकते हैं कि यदि मेरा बल आगे है, तो द्रव्यमान की चाल पीछे की ओर होगी! लेकिन यहाँ समस्या है, मेरा हाथ रास्ते में है क्योंकि यह बड़े पैमाने पर धक्का देने की कोशिश कर रहा है। जैसा कि द्रव्यमान मेरे हाथ में पीछे की ओर बढ़ने की कोशिश करता है, यह मेरे हाथ पर एक बल लागू करेगा, जो न्यूटन के तीसरे नियम के अनुसार, जरूरी है कि मेरा हाथ ब्लॉक पर अधिक बल लगा रहा है, जो तब मेरे हाथ पर अधिक बल लगाता है, .. और अचानक अनंत बलों को लागू किया जा रहा है या समकक्ष, इन वस्तुओं को असीम रूप से तेज किया जा रहा है। यह रनवे मोशन की अवधारणा द्वारा वर्णित है ।

यदि यह आपको अजीब लगता है, तो ऐसा इसलिए है क्योंकि यह है। यदि नकारात्मक द्रव्यमान मौजूद हैं, तो हम एक बहुत ही अजीब ब्रह्मांड में रहते हैं। सौभाग्य से, हम एक ऐसे ब्रह्मांड में रहते हैं जहां भौतिकी समझ में आती है, द्रव्यमान सकारात्मक है, और विस्तार से गुरुत्वाकर्षण हमेशा आकर्षक होता है।

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जैसा कि इस स्पष्टीकरण से लगता है, विद्युत चार्ज उलटा वर्ग कानून का पालन करता है और चार्ज सकारात्मक या नकारात्मक हो सकता है। मैं कोई कारण नहीं देखता कि द्रव्यमान सैद्धांतिक रूप से उसी तरह का व्यवहार क्यों नहीं कर सकता। मेरा मानना ​​है कि यह वास्तव में एक "मौलिक रहस्य" है क्योंकि गुरुत्वाकर्षण केवल चार ज्ञात बलों में से एक है जो केवल आकर्षित करने के लिए और कभी भी पीछे नहीं हटने के लिए कार्य करता है। अन्य 3 मौलिक बल या तो कर सकते हैं।

— बैरीक्रेटर

@barrycarter ने अपने उत्तर में इस पर ध्यान देने के बारे में सोचा। मुझे लगता है मुझे होना चाहिए। यहाँ पकड़ है कि न्यूटन के दूसरे नियम है नहीं , यह । आप उस तर्क को नकारात्मक इलेक्ट्रिक चार्ज के ऊपर लागू नहीं कर सकते। बड़े पैमाने पर जिस तरह से व्यवहार नहीं किया जा सकता है वह उसी कारण से है जिस कारण से मैंने ऊपर उल्लिखित किया है। यह एक रहस्य नहीं है। यदि न्यूटन का दूसरा नियम , तो इलेक्ट्रिक चार्ज ऋणात्मक नहीं हो सकता था। $F=ea$$F=ma$$F=ea$

— ज़ेफियर

दूसरा कानून जड़त्वीय द्रव्यमान का वर्णन करता है, (आवश्यक) गुरुत्वाकर्षण द्रव्यमान का नहीं।

— एड्रियनमेक्मिनामिन

@adrianmcmenamin लेकिन सभी सबूत बताते हैं कि दोनों समान हैं। वास्तव में, उनकी समानता जीआर का एक प्रमुख घटक है और जीआर के इस हिस्से को गलत दिखाना अब तक कोई सबूत नहीं है। मैंने उस ब्रह्मांड के उत्तर का वर्णन किया है जिसमें हम रहते हैं (नकारात्मक द्रव्यमान के लिए क्षमता से अलग)। यदि आप सभी प्रकार की अन्य जटिलताओं में फेंकना चाहते हैं, तो यह मेरे उत्तर के दायरे से बाहर है।

— ज़ेफियर

दिलचस्प है, गुरुत्वाकर्षण बल नकारात्मक होगा यदि दूरी काल्पनिक थी! तो बस आप से एक विशेष दूरी पर कुछ द्रव्यमान की कल्पना करें और यह आपको पीछे हटा देगा।

— ज़ेफियर

Answer 2

गुरुत्वाकर्षण केवल एक आकर्षक बल क्यों है?

टीएल; डीआर
क्योंकि द्रव्यमान हमेशा सकारात्मक होता है।

द्रव्यमान की विभिन्न धारणाएँ हैं, लेकिन वे समतुल्य हैं।
द्रव्यमान की दो अलग-अलग धारणाएँ हैं: गुरुत्वाकर्षण और जड़ता। न्यूटन के गुरुत्वाकर्षण के नियम में जनता, , गुरुत्वाकर्षण द्रव्यमान हैं। न्यूटन के गति के दूसरे नियम में द्रव्यमान, , जड़त्वीय द्रव्यमान है। गुरुत्वाकर्षण और जड़त्वीय द्रव्यमान को न्यूटनियन यांत्रिकी में समान रूप से माना जाता है। सामान्य सापेक्षता इस धारणा को तुल्यता सिद्धांत में स्पष्ट करती है।$F = \frac{Gm_1m_2}{r^2}$$F=ma$

लेकिन क्या होगा अगर वे समकक्ष नहीं हैं?

गणित के विपरीत, जहां कोई बस एक धारणा बना सकता है और देख सकता है कि वह कहां जाता है, भौतिकी में मान्यताओं को मान्य करने की आवश्यकता है। इस धारणा का परीक्षण कई प्रकार की सामग्रियों के साथ किया गया है, दोनों जमीन पर और अंतरिक्ष में। विभिन्न प्रकार की सामग्रियों का उपयोग करके कैवेंडिश प्रयोग पर बदलाव किए गए हैं। गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक की बल्कि घटिया सटीकता की सीमा के भीतर (एक हिस्सा प्रति दस हजार, सबसे अच्छे रूप में), इनमें से हर एक अशक्त परिकल्पना के अनुरूप है (गुरुत्वाकर्षण और जड़त्वीय द्रव्यमान समान हैं) और परिकल्पना के साथ असंगत है कि विभिन्न सामग्री औसत रूप से विभिन्न गुरुत्वाकर्षण और जड़त्वीय द्रव्यमान होते हैं।

पृथ्वी का चंद्रमा, अपने बिल्कुल अलग पक्ष और दूर के किनारे के साथ, इस समानता के परीक्षण के लिए एक और भी बेहतर तंत्र प्रदान करता है। कैवेंडिश-शैली प्रयोगों के लिए उपलब्ध प्रति दस हज़ार (सर्वोत्तम रूप से) सटीकता के एक हिस्से के बजाय, चंद्रमा दिखाता है कि सोडियम और लोहे के लिए गुरुत्वाकर्षण और जड़त्वीय द्रव्यमान प्रति दस ट्रिलियन के लगभग एक हिस्से के बराबर हैं ।

साधारण बात के लिए इतना, लेकिन एंटीमैटर के बारे में क्या?

यह कि एक साधारण पदार्थ कण और इसके एंटीमैटर समतुल्य समान (धनात्मक) जड़त्वीय द्रव्यमान का परीक्षण दुनिया भर के कण कोलडरों में किया जाता है। क्या समतुल्यता सिद्धांत एंटीमैटर पर भी लागू होता है, एक खुला प्रश्न है। जबकि यह सोचने के कई कारण हैं कि समतुल्यता सिद्धांत एंटीमैटर के साथ-साथ सामान्य द्रव्य पर भी लागू होता है, परीक्षण यह है कि यह मामला बहुत कठिन है। तिथि करने के लिए सबसे अच्छा परिणाम अल्फा प्रयोग से हैं, जो परीक्षण करता है कि तटस्थ एंटीहाइड्रोजेन (एक एंटीप्रोटन और एक पॉज़िट्रॉन) ऊपर या नीचे गिरता है या नहीं। परिणाम यह है कि एंटीहाइड्रोजेन का गुरुत्वाकर्षण द्रव्यमान -65 और इसके जड़ द्रव्यमान के 120 गुना के बीच है। यह कहीं भी निर्णायक के करीब नहीं है, लेकिन यह एक सकारात्मक गुरुत्वाकर्षण द्रव्यमान वाले एंटीमैटर की ओर झुकाव करता है, जो समतुल्य सिद्धांत के अनुरूप है।

Answer 3

पिछले उत्तरों के साथ समान पंक्तियों के साथ "द्रव्यमान नकारात्मक नहीं हो सकता है" का सुझाव देते हुए, मैं एक अंतर्दृष्टि जोड़ना चाहूंगा कि ऐसा क्यों हो सकता है। यदि हिग्स क्षेत्र और कणों के क्षेत्र के साथ परस्पर क्रिया की डिग्री अलग-अलग होती है, तो जिसे हम द्रव्यमान कहते हैं, उसे जन्म देता है, तो सिद्धांत बताता है कि फोटोन में द्रव्यमान नहीं होता है (और अंतरिक्ष के माध्यम से वेग की सीमा होती है) क्योंकि वे आपस में नहीं मिलते हैं मैदान बिल्कुल। मुझे नहीं लगता कि फ्रेमवर्क क्षेत्र या "एंटी-हिग्स" क्षेत्र के साथ नकारात्मक बातचीत के लिए अनुमति देता है।

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क्या आपका मतलब "फोटॉन" के बजाय "प्रोटॉन" मासलेस होना था?

— चैप्पो

Answer 4

सैद्धांतिक रूप से, गुरुत्वाकर्षण इस अर्थ में "आकर्षक" हो सकता है कि वस्तुओं को धक्का देने पर आपकी ओर बढ़ता है। यह नकारात्मक द्रव्यमान से हो सकता है (यह समझ में नहीं आता है, लेकिन सैद्धांतिक रूप से संभव है)। पीटर एंगेल्स और अन्य लोगों ने इसके बारे में एक पत्र यहां लिखा है और यह एक दिलचस्प विचार है।

विचार यह है कि परमाणुओं को लगभग पूर्ण शून्य तक ठंडा करके, वे एक बोस-आइंस्टीन घनीभूत बनाते हैं और क्वांटम गतिकी के क्षेत्र में तरंगों को पसंद करते हैं।

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वह कागज किसी भी तरह से नहीं बताता है कि गुरुत्वाकर्षण उलटा हो सकता है। कागज का कहना है कि बोस-आइंस्टीन संघनन के भीतर परमाणु, बीईसी के 1-डी विस्तार से जुड़ी कुछ शर्तों के तहत, "लागू बल के खिलाफ तेजी ला सकते हैं, अंतर्निहित विसर्जन संबंध के नकारात्मक वक्रता से संबंधित एक प्रभावी प्रभावी द्रव्यमान का एहसास कर सकते हैं।" दूसरे शब्दों में, सकारात्मक-द्रव्यमान रुबिडियम -87 परमाणु संक्षेप में ऐसा व्यवहार करते हैं मानो उनका नकारात्मक द्रव्यमान हो। जड़ता और गुरुत्वाकर्षण बलों की समानता क्वांटम स्तर पर अनिश्चित बनी हुई है, इसलिए आप इस परिणाम का उपयोग "नकारात्मक" गुरुत्वाकर्षण के लिए तर्क करने के लिए नहीं कर सकते हैं।

— चप्पो