曾鹏飞

摘 要：引力作为一种宇宙及自然界中常见的一种基本力，影响因素众多。本文通过讨论当物体体积到达上限时，面积与引力两者之间的关系发现物体表面的引力随着面积增大而不断减小，此规律适用于解释天体运行和平衡现象。

关键词：引力;面积;现代物理学;宇宙天体

一 引言

引力（Gravity）是指存在于任意两个物体之间的吸引力，通常与其质量、相距位移的长短有关，是一种存在于宇宙中较为常见的力[1]。而其产生机理主要是由于空间内部有无数微小粒子之间由于不断运动而产生碰撞，在高速碰撞的过程中会产生引力作用。通常是指当空间中两个物体的位置不断接近时，虽然物质本身存在一定的遮挡性，但是相向面所受到的撞击频率将低于背面，因此从背面产生促进两者相互靠近的力，即引力[2]。

二 引力与面积之间的关系

从粒子的角度进行分析可知，物理学上引力的强度远远小于物体之间的其他作用力，质点间的引力大小仅为两者电磁力的1/1.235*1036，而质点和地球之间的引力同样也很小，因此，通常在物理学中计算其他强力大小时，会忽略其引力作用，例如观察粒子在加速器中的作用时。但是引力的影响因素较多，具体公式如下：

物体表面引力                                                                              （1）

m1、m2——分别是指形成物体表面引力的两个物体质量，kg;

r——是指两者之间的距离，m;

G——是引力常数，通常根据周边环境的改变而改变;

S——物质表面面积，单位为m2

在宇宙中，任何物质的体积都不能无限大，当体积达到上限时，则根据上述公式（1）可知，物体表面引力随着面积的增大而减小。

三 物体面积影响引力大小的原因

在日常生活中，物体的体积通常较为固定，表面的引力直接受到其质量大小的影响，因此在地球上，大部分物体其引力小于其与地球之间的引力，主要是由于相比于地球而言，物体的质量较小，因此在研究地球上物体的运动时基本不考虑引力的影响，此公式更适用于宇宙星球之间表面引力的计算，因为天体之间的质量很大，且体积通常达到其本身的极限值，宇宙星球之间之所以能够保持平衡，依靠的就是天体之间的引力。引力大小受到物体面积大小影响的主要原因如下。

（一） 物体面积影响天体的时空扭曲程度

對于天体运动而言，通常引力成为维持相互围绕运动的唯一力，其他力相比于引力都略小，但这种力通常并非是指双方之间的拉扯作用，而是由于天体自身巨大的质量和体积而造成的一种时空扭曲现象，质量越大则会造成更大的时空扭曲现象，则引力越大，而表面积则会对此种扭曲现象造成一定的干扰，表面积越大则空间扭曲对天体的作用性越弱，即所谓的表面引力减小[3]。例如常见的恒星形成，即天体在高温高压状态下，由于表面积不足但天体本身质量较大，造成引力压力过大引发天体塌缩，形成白矮星、中子星和黑洞。这种时空扭曲和挤压都是由于引力而造成的空间扭曲现象，而并非由于其本身的质量影响，也正是由此而造成了天体的不断演化。

（二） 物体面积影响天体之间的平衡状态

在近代物理学上，对于引力产生的根本原因并未作出具体说明，仅仅根据其由于质量过大造成时空扭曲而产生引力，但引力的大小往往与其表面积也是有一定关联的。当物体体积不再增大时，其表面积越大，则对抗时空扭曲的能力越强，呈现出引力越小的现象。在平面几何中，常常认为两点之间直线距离最短，则形成短程线路，但是对于天体引力模块而言，它存在于四维空间内，短程线路同样会被扭曲。根据各个天体质量体积存在差别，宇宙中天体之间遵循的平衡通常是在引力和惯性双重作用下进行，行星不断沿着相应的短程线路向着相应的恒星靠近，从而形成现有的运行轨道[4]。

（三） 特殊宇宙天体引力与面积的关系

在宇宙中常出现部分如黑洞这种极端状态下的宇宙天体，它们通常拥有极大的引力，而某种猜想中将这种引力的产生归结于空间扭曲。而在现代物理学中，黑洞被广泛定义为是一种密度极大但体积极小的天体，它是由质量、体积足够大的恒星在完成核聚变之后坍塌、压缩所形成。正是黑洞具备密度大、体积小的特点，即表面积较小但本身质量较大，根据公式（1）可知，质量大、表面积小两种条件加成必然导致引力增大，而确实有研究表明，黑洞的引力极大，光都无法逃脱。黑洞由于难以进行光反射，因此在现阶段所捕获的照片中表面均呈现为黑色，无法通过肉眼直接去鉴别其实际大小，但可以采用间接的计算方式得知其确实存在于宇宙中并计算出其质量大小。具体到黑洞这种极端条件下的宇宙天体。它有极强的吸引力，科学家在解释这种吸引力的时候，把它的原因归结为空间弯曲。而造成空间弯曲的原因是黑洞本身的巨大质量。说到引力归根结底是和质量有关，万有引力是把引力视为由质量引起的一种基本力，而爱因斯坦相对论则把引力视为质量引起的时空弯曲的表现。

四 结语

引力是一种存在于宇宙天体、日常物品、微小粒子之间的基本作用力，能够维持宇宙、自然的正常运行，例如，粒子之间的相互作用力、地球上物体的重力、天体之间的定轨绕转等。影响引力的因素较多，但对于体积已经达到增长上限的物体而言，其引力直接受到表面积的影响，且物体表面积越大，引力越小。物理学中，引力是由时空扭曲所产生的观点与此结论相一致，且黑洞等天体的运行也同样印证了此规律。

参考文献：

[1] 温伯格. 引力论和宇宙论[M]. 科学出版社， 1980.

[2] 张崇安. 光子群流和光子海洋概念及地球磁场、暗物质、引力起源的探讨[C]// 中国数学力学物理学高新技术交叉研究学会学术年会. 2006.

[3] 张操. 物理时空理论探讨：超越相对论的尝试[M]. 上海科学技术文献出版社， 2011.

[4] 郑玉昆. 关于引力场的能量问题[J]. 物理学报， 2018， 000（001）：46-56.

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