高中物理中我们学习了万有引力定律,这个定律在天体的运行中的一些轨道速度和引力的计算上有着很重要的作用。在不同的行星的运行轨道上,有时候会出现的是轨道共面的情况,这是一种怎样的情况呢?下面小编将从力学的角度来给大家解析这个看似神秘的现象背后隐藏的物理学原理。同时,各位同学也可以根据这些知识可以更好地解决天体运行的物理科问题。
星系轨道几乎都在同一平面,正是引力作用的结果。小编就从经典力学的角度,详细跟大家分享一下具体的原因。
1、万有引力
经典力学中,其实并不关心引力的本质是什么。自从牛顿发现万有引力之后,我们都是直接用这个结果。历史也告诉我们,这个结果并没有太大的误差。
万有引力说的是,物体之间,都存在着互相吸引的力。牛顿当然没有解释原因,只是描述了这样的一个现象。后来,爱因斯坦的相对论认为,引力是由于时空扭曲造成的。大质量的物体,会引起时空的扭曲,从而产生引力。不过量子力学并不这样认为,然而量子力学也无法找到“引力子”这样的基本粒子。所以,我觉得爱因斯坦的引力本质解释是比较合理的。
2、引力的性质
实际上,所说的引力是均匀的并不十分准确,但是引力是各向同性的。从整体上来讲,宇宙中的物质几乎平均的分散在各处。但是,在局部部位,物质的分布是不均匀的。
在三维空间内,存在某物体,由于质量的存在,引起了时空的扭曲。这个扭曲是三维空间的扭曲,所以是四面八方的,即各向同性的:一个方向,相同距离的引力大小一样。
3、平面状星系的形成
星系之所以形成平面状,正是由于星系物体之间引力作用的结果,只有平面星系才是稳定的星系。
我们可以想象一下太阳系的形成过程。太阳这个大质量天体,某天突然捕获到了一个行星,这个行星就开始围绕太阳旋转。由此,只有两个天体的星系首先初步形成,它俩之间组成了一个平面。过了一段时间后,太阳又捕获了一个行星,此时就会有两个平面。但是由于这两个行星之间也存在着引力,这个引力就会把这两个平面拉近,较终形成同一个平面。后来,更多的行星被太阳捕获了,行星之间的相互引力作用,将各自的轨道平面拉到了一起,变成同一个轨道平面。
4、总结
整体上宇宙是均匀的,但是局部看来是不均匀的,但是引力是各向同性的,即各个方向的引力都一样。星系平面状态的形成,正是天体在引力作用下的演变结果,只有平面状的星系,才是稳定的星系,是天体轨道演化的必然结果。