Mengapa gravitasi hanya kekuatan yang menarik?

Sesuai hukum tarik-menarik universal, dua badan (yang memiliki massa) mengalami kekuatan 'tarik-menarik' yang proporsional dengan ... dan ... terbalik proporsional ....

Kemudian muncul pertanyaan saya: Mengapa harus kekuatan harus tipe 'tarik-menarik' saja? Mengapa itu tidak boleh menjadi tolakan / jenis kekuatan lainnya?

Karena massa positif

Untuk memperluas kutipan Anda tentang gaya gravitasi menjadi persamaan:

Gaya gravitasi, sebanding dengan produk massa dan berbanding terbalik dengan jarak, , kuadrat. Mari kita ini dan lihat apa yang menyebabkan menjadi positif. r F $F_G$$r$$F_G$

Dalam persamaan ini, tidak boleh negatif karena jarak antara dua lokasi. Dua lokasi tidak dapat dipisahkan dari jarak negatif. Dan bahkan jika mereka entah bagaimana, kuadrat akan mengurusnya.$r$

G G G = 1 $G$ adalah konstanta universal dan selalu positif. Anda mungkin berpendapat bahwa itu mungkin negatif, tetapi itu tidak mungkin. sebenarnya tidak benar-benar ada. Itu tidak menggambarkan apa pun yang mendasar bagi fisika alam semesta. hanyalah konstanta pembukuan yang memungkinkan kita mendapatkan jawaban yang tepat untuk gaya berdasarkan pada pilihan satuan untuk massa dan jarak. Secara teknis, jika seseorang menggunakan satuan "benar" untuk massa dan jarak (misalnya, unit Planck ), maka dan secara efektif tidak ada. Karena hanyalah faktor penskalaan yang tergantung pada pilihan unit, itu hanya akan menjadi angka positif.$G$$G$$G=1$$G$

Yang meninggalkan kita dengan massa. Ini adalah satu-satunya hal yang mungkin negatif. Tentu saja, untuk mendapatkan kekuatan yang positif dan menjijikkan, satu massa harus positif dan yang lainnya negatif. Tetapi apakah sebenarnya massa negatif itu? Massa adalah metrik yang menggambarkan "seberapa banyak" dari sesuatu yang ada. Bagaimana Anda bisa memiliki sesuatu yang kurang dari apa-apa?

Mengapa massa tidak bisa negatif?

Jika Anda ingin melihat ini dengan cara lain, Anda dapat menunjukkan bahwa jika massa bisa negatif, Anda akan mendapatkan hasil yang tidak masuk akal! Dengan asumsi tentu saja, semua aspek fisika lainnya adalah sama. Ingat dari hukum kedua Newton itu

Katakanlah ada dua blok yang duduk di atas meja. Satu blok memiliki massa yang positif dan yang lainnya memiliki massa yang negatif. Abaikan semua kekuatan lain pada dua blok ini untuk saat ini.m 2 < $m_1>0$$m_2<0$

Saya naik ke dan saya menerapkan kekuatan untuk mendorong massa ini ke depan. Akselerasi yang diinduksi adalah: . Seharusnya , arah pergerakan adalah arah yang sama dengan yang saya dorong. Semuanya baik dan bagus. a = F / m 1 m $m_1$$a = F/m_1$$m_1$

Sekarang saya pergi ke dan saya menerapkan kekuatan yang sama, mencoba mendorongnya ke depan di atas meja. Akselerasi yang diinduksi pada adalah:. Catatan saya membuatm 2 a = - F / | m 2 | m $m_2$$m_2$$a = -F/|m_2|$$m_2$positif dan mengeluarkan tanda negatif. Anda dapat melihat bahwa jika kekuatan saya maju, arah gerakan massa akan mundur! Tapi ini masalahnya, tangan saya menghalangi karena berusaha mendorong massa. Ketika massa mencoba untuk bergerak mundur ke tangan saya, itu akan menerapkan kekuatan kembali di tangan saya, yang menurut hukum ketiga Newton, tentu berarti tangan saya menerapkan lebih banyak kekuatan pada blok, yang kemudian menerapkan lebih banyak kekuatan di tangan saya,. .. dan tiba-tiba kekuatan tak terbatas sedang diterapkan atau setara, benda-benda ini mempercepat tanpa batas. Ini dijelaskan oleh konsep Runaway Motion .

Jika ini terasa aneh bagi Anda, itu karena itu. Jika ada massa negatif, kita akan hidup di alam semesta yang sangat aneh. Untungnya, kita hidup di alam semesta di mana fisika masuk akal, massa positif, dan dengan gravitasi tambahan selalu menarik.

Mengapa gravitasi hanya kekuatan yang menarik?

TL; DR
Karena massa selalu positif.

Ada gagasan massa yang berbeda, tetapi sama.
Ada dua konsep massa yang berbeda: gravitasi dan inersia. Massa dalam hukum gravitasi Newton, , adalah massa gravitasi. Massa dalam hukum gerak kedua Newton, , adalah massa inersia. Gravitasi dan massa inersia secara implisit diasumsikan sama dalam mekanika Newton. Relativitas umum menjadikan asumsi ini eksplisit dalam prinsip kesetaraan. F=m$F = \frac{Gm_1m_2}{r^2}$$F=ma$

Tetapi bagaimana jika mereka tidak setara?

Tidak seperti matematika, di mana orang dapat membuat asumsi dan melihat ke mana ia mengarah, asumsi dalam fisika perlu divalidasi. Asumsi ini telah diuji dengan berbagai jenis bahan, baik di tanah maupun di ruang angkasa. Variasi pada percobaan Cavendish menggunakan berbagai jenis bahan telah dibuat. Dalam batas-batas akurasi tetapan gravitasi yang agak buruk (satu bagian per sepuluh ribu, paling-paling), semua ini konsisten dengan hipotesis nol (massa gravitasi dan inersia adalah sama) dan tidak konsisten dengan hipotesis bahwa bahan berbeda memiliki massa gravitasi dan inersia yang berbeda secara terukur.

Bulan Bumi, dengan sisi dekat dan sisi jauh yang sangat berbeda, menyediakan mekanisme yang lebih baik untuk menguji kesetaraan ini. Daripada satu bagian per sepuluh ribu (paling baik) akurasi yang tersedia untuk eksperimen gaya-Cavendish, Bulan menunjukkan bahwa massa gravitasi dan inersia untuk natrium dan besi setara dengan sekitar satu bagian per sepuluh triliun .

Begitu banyak hal biasa, tetapi bagaimana dengan antimateri?

Bahwa partikel materi biasa dan padanan antimateri-nya memiliki massa inersia (positif) yang sama telah diuji berulang kali pada penumbukan partikel di seluruh dunia. Apakah prinsip kesetaraan juga berlaku untuk antimateri masih menjadi pertanyaan yang agak terbuka. Meskipun ada banyak alasan untuk berpikir bahwa prinsip kesetaraan berlaku untuk antimateri dan juga masalah normal, menguji bahwa ini adalah kasusnya sangat sulit. Hasil terbaik hingga saat ini berasal dari percobaan ALPHA, yang menguji apakah antihidrogen netral (antiproton dan positron) jatuh atau turun. Hasilnya adalah bahwa massa gravitasi antihidrogen terletak di antara -65 dan 120 kali massa inersia-nya. Ini tidak mendekati konklusif, tetapi ia condong ke arah antimateri yang memiliki massa gravitasi positif, konsisten dengan prinsip kesetaraan.

Sejalan dengan jawaban sebelumnya yang menyarankan "massa tidak boleh negatif," saya ingin menambahkan wawasan mengapa itu mungkin terjadi. Jika tingkat interaksi Higgs dan partikel yang berbeda-beda dengan medan adalah yang menimbulkan apa yang kita sebut massa, maka teori tersebut menyatakan bahwa foton tidak memiliki massa (dan merupakan batas kecepatan melalui ruang) karena mereka tidak berinteraksi dengan lapangan sama sekali. Saya tidak berpikir kerangka kerja memungkinkan interaksi negatif dengan bidang atau bidang "anti-Higgs".

Secara teoritis, gravitasi bisa "menarik" dalam arti bahwa benda bergerak ke arah Anda ketika didorong. Ini dapat terjadi dari massa negatif (tampaknya tidak masuk akal, tetapi secara teori dimungkinkan). Peter Engels dan yang lainnya telah menulis makalah tentang itu di sini dan ini adalah ide yang menarik.

Idenya adalah bahwa dengan mendinginkan atom ke nol hampir absolut, mereka menciptakan kondensat Bose-Einstein dan bertindak seperti gelombang di bidang dinamika kuantum.