平方反比规律


人们发现电荷有正负两种,而且同性相斥,异性相吸。后来库伦发现了电荷之间相互作用的定量关系,它发现电荷之间的作用力跟距离的平方成反比的。也就是说,如果我把两个电荷之间的距离扩大为原来的两倍,这两个电荷之间的作用力就会减少为原来的四分之一,扩大为三倍就减少为九分之一。

这个跟引力的效果是一样的,引力也是距离扩大为原来的两倍,引力的大小减少为原来的四分之一。为什么大自然这么偏爱“平方反比”规律呢?因为我们生活在一个各向同性的三维空间里。

什么意思?我们可以想想:假设现在有一个点源开始向四面八方传播,因为它携带的能量是一定的,那么在任意时刻能量达到的地方就会形成一个球面。而球面的面积公式S=4πr²(r为半径),它是跟半径的平方r²成正比的,这也就是说:我们同一份能量在不同的时刻要均匀的分给4πr²个部分,那么每个点得到的能量就自然得跟4πr²成反比,这就是平方反比定律的更深层次的来源。

因此,如果我们生活在四维空间里,我们就会看到很多立方(三次方)反比的定律,而这也是科学家们寻找高维度的一个方法。许多理论(比如超弦理论)里都有预言高维度,科学家们就去很小的尺度里测量引力,如果引力在一个很小的尺度里不再遵循平方反比定律,那就很有可能是发现了额外的维度。


文章作者: YJM
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