¿Por qué la gravedad cae exactamente a r ^ {2}? ¿Por qué no en r ^ {2.0001}?

[matemáticas] GMm / r ^ 2 [/ matemáticas]

Es una ley fundamental de la naturaleza. Las leyes no tienen pruebas, se verifican experimentalmente. Ahora, si desea una explicación de cuál PUEDE ser la razón por la que la gravedad hace esto, piense de esta manera: el área de superficie de una esfera es [matemáticas] 4 * pi * r ^ 2. [/ math] Notarás que el área de superficie es proporcional a la segunda potencia de radio. Esta es una propiedad fundamental de los ángulos sólidos en tres dimensiones.

¿Qué tiene esto que ver con la gravedad?

Mi explicación será vaga, idealista y no tan rigurosa / perfecta, pero tengan paciencia conmigo. La energía se conserva. Entonces, si tiene una partícula, supongamos que su influencia gravitacional es ejercida por alguna forma de energía gravitacional que irradia de ella en todas las direcciones. Como es obvio, su flujo debe permanecer constante para el mismo ángulo sólido, pero para el mismo ángulo sólido, diferentes radios darán diferentes áreas, y el área es proporcional a la segunda potencia de r. Debido a la simetría de la observación, sin pérdida de generalidad, se puede suponer que la fuerza gravitacional en todos los puntos de una esfera centrada en la fuente de gravedad es la misma. Por lo tanto, puede ver fácilmente por qué se cae en [matemáticas] r ^ 2 [/ matemáticas]

Por lo tanto, la propiedad [math] 1 / r ^ 2 [/ math] es una propiedad fundamental del universo tridimensional en el que existimos.

Primero veamos otras cosas que se caen exactamente a la misma velocidad. Por ejemplo: energía. Sonido, luz, calor … todos siguen esa misma fórmula básica.

Podemos ver por qué esto es así considerando un gran grupo de partículas [matemáticas] N [/ matemáticas], todas comenzando desde el mismo punto y viajando en todas las direcciones diferentes. Para simplificar, suponga que todos viajan a la misma velocidad [matemática] v [/ matemática] y comienzan al mismo tiempo.

En un momento [math] t [/ math], ocupan un caparazón en forma de esfera con un radio [math] r = vt [/ math] y un área de superficie de [math] 4 \ pi r ^ 2 [/ math] . Entonces, en ese momento, la densidad de partículas en esa área es [matemática] \ frac {N} {4 \ pi r ^ 2} [/ matemática].

Vemos que la densidad de partículas cae exactamente a la velocidad [matemática] \ frac {1} {r ^ 2} [/ matemática]. Esto vale para cada tipo de energía que toma la forma de partículas.

Ahora, hasta la existencia teórica de los gravitones , partículas elementales responsables de la gravedad, sería difícil pensar que la gravedad esté formada por partículas. Sin embargo, el campo gravitacional puede entenderse intuitivamente como un grupo de líneas de campo , y siguen la misma fórmula: la densidad de las líneas de campo a una distancia [matemática] r [/ matemática] será proporcional a [matemática] \ frac {1} {r ^ 2} [/ math].

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