若在座標原點上,有一個質點,則此質點會在這個空間中產生一個重力場,以輻射狀向外發散,因為重力場是由此質點所產生,所以可以說此質點為本重力場的「起點」。
在充斥著力場的空間中,做一個小球,則在這個封閉球面上,會有場經過。若是向內進去的量等於向外出去的量,則稱此處的「散度」為零;若是向內進去的量大於向外出去的量,則此處的「散度」小於零;若是向內進去的量小於向外出去的量,則此處的「散度」大於零。通常,我們是求某一點的散度,只要想像一球包住此點,並讓這顆球的半徑趨近於零,就可以算出此點的散度了。
各種向量場中,可能會有「起點」(向量場的發散、製造處,意即散度大於零);也可能會有「終點」(向量場的聚集、吸收處,意即散度小於零);也會有既非「起點」也不是「終點」的地方(散度剛好為零,也就是進出的量相等)
而重力場,是一個強度和距離平方成反比的場,除了質點之外,散度皆為零(質點散度大於零)。這代表了,重力場,除了質點之外,不會無緣無故消失。而在質點的地方,因為散度大於零,代表重力場由此產生,向外發散。那麼為什麼沒有小於零的地方呢?因為沒有會「吸收」重力的物體,所以散度不會小於零。
回到最初的問題,如果重力場是和距離的三次方成反比呢?不包含質點,計算出來散度的結果不會等於零,代表沒有質量的地方,重力場的進出的量也不會完全相等──既然沒有質量,就沒有「起點」;但是又沒有可以吸收重力的東西。所以這個三次方反比的假設是錯誤的。
------------------------------------------------------------------------------------------------------------
計算過程:
沒有留言:
張貼留言