【学新知】重力影响地表与地心年龄 那么生活中有哪些与重力相关(4)

2016-04-27 11:03 千龙科技

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重力和人类生活的关系

重力与人类生活的关系密切。人类很早就用重力来度量物体受力的大小。弹簧出现前,秤就是人类用来比较物体重量的工具;弹簧出现后,又使用弹簧秤来称重量,同一物体的重力在地面附近的空间里变化甚小,所以在日常生活中可视为常数,这就是把重力用作量力单位的方便之处。由于物体的重力几乎不变,所以伽利略意识到重力加速度也是个常量。伽利略的研究为牛顿的研究奠定了基础。牛顿在1687年发表万有引力定律后,找到了重力的物理根源,从此人类对重力有了较正确的认识,牛顿是通过物体落地和月球不落地这两种现象的对比而得到万有引力概念的。通过万有引力定律和牛顿运动定律,人类终于把力学基本理论以及物体的机械运动弄清楚。按牛顿的观念,重力是一种超距力,牛顿把重力推广到万有引力,从而解释了天体运动的开普勒定律,同时建立了工程上广泛应用的经典力学。

重力导致:地心比地表年轻两岁半

根据爱因斯坦的理论,你在重力场中所处的位置会影响你所感受到的时间的流速。这一设想已经得到严谨的验证,它对GPS卫星也产生了影响。但是,这里涉及的时间差通常只有一秒的若干分之一,而不是若干年。

丹麦奥胡斯大学的乌尔里克·乌格赫伊及其同事在重新研究了物理学家理查德·费曼在上世纪60年代提出的一种说法后,认识到上述效应对地球的影响要显著得多。费曼曾在一系列讲座中说,地球中心和地球表面的年龄大约相差一两天——这个数字常常在其他物理学家(包括乌格赫伊在内)的论文中被重复引用。

但是,当乌格赫伊最近决定把这一表述加进一部本科生教材中时,他坐下来核对这个数字,这需要计算地心和地表之间的重力势能差。

把这一差值填入相对论的方程式中,便可得出一个时间膨胀因子,约为3乘以10的负10次方,这是地心的一秒钟比地表的一秒钟走得慢的比例。但是,由于地球年龄约为40亿年,时间膨胀的累积效应使总时间差达到约一年半。

上述计算假定地球所有位置的密度一样,而我们知道这是不准确的,因为地核的密度比地幔要大。乌格赫伊的团队用一种更符合实际情况的地球密度模型计算后发现,地心与地表年龄的差值事实上约为两年半。

责任编辑:陶国琪(QT0003)