¿Por qué la naturaleza eligió R ^ 2 y no otro poder en caso de fuerza gravitacional?

Básicamente, las leyes del cuadrado inverso son el resultado de la desintegración tridimensional. La gravedad impregna el espacio tridimensional, por lo que la fuerza del campo gravitacional es más débil en cada capa esférica bidimensional en cualquier intervalo de espacio alejado de la fuente (donde el intervalo espacial radial a la fuente es la tercera dimensión). Como el área de superficie de un caparazón esférico es [matemática] 4 \ pi ~ R ^ {2} [/ matemática], si te alejas más, la magnitud disminuye en [matemática] R ^ {2} [/ matemática].

Para verlo de otra manera, el flujo del campo gravitacional debe conservarse de una fuente dada. Entonces, la misma cantidad de flujo de campo está en la superficie que en cualquier caparazón arbitrario fuera de la superficie. Como el espacio se expande en 3 dimensiones, el flujo se extiende sobre ese espacio y se vuelve más débil en proporción al radio esférico de la cubierta.

Espero que tenga sentido. Si no, aquí hay un buen gráfico de Hyperphysics.

Gomes y Waalkes tienen razón: la naturaleza realmente no elige, y la fuerza cae como [matemáticas] R ^ {- 2} [/ matemáticas] porque vivimos en un universo con 3 dimensiones espaciales.

Eso deja la pregunta: ¿por qué vivimos en un mundo tan tridimensional? Si citamos el principio antrópico, para lo que vale, necesitamos un universo en el que sean posibles las órbitas gravitacionales estables y unidas. Ahora hay un resultado llamado teorema de Betrand que dice que en el mundo tridimensional espacial, las únicas fuerzas centrales que son una ley de potencia (proporcional a [matemática] R ^ d [/ matemática] para algunos [matemática] d [/ matemática]) y dar órbitas estables son [matemáticas] d = 1 [/ matemáticas] (como la ley de Hooke) o [matemáticas] d = -2 [/ matemáticas] (por ejemplo, gravedad, electrostática). Más útilmente, si la dimensión es [matemática] N [/ matemática], entonces la ley de poder que se deriva de la versión dimensional superior del argumento de Waalkes (que es esencialmente la Ley de Gauss) conduciría a que el contenido de la ley de poder sea [ matemáticas] 1-N [/ matemáticas]. Pero puede demostrar que tales órbitas son inestables a menos que [matemática] N = 3 [/ matemática]. Leí un documento que muestra esto recientemente, pero ahora no puedo encontrarlo (así que espero citarlo correctamente). Aquí se da una prueba parcial: gravedad en otras dimensiones que 3 y órbitas estables

La naturaleza no eligió mierda. [matemáticas] R ^ 2 [/ matemáticas] es solo una implicación de nivel superior de las cosas cuánticas, que comenzó desde Big-Bang. Esta pregunta es básicamente preguntar por qué el espacio-tiempo es como es.

“Porque sí” es lo mejor que cualquiera puede responder.

O bien, podría reformular su pregunta para: ¿Cómo derivamos la ecuación de gravitación universal?

Eso sería mucho más perspicaz.

“Si mi vida dependiera de un problema que tenía una hora para resolver, pasaría los primeros 55 minutos determinando la pregunta adecuada”. – Albert Einstein

“Mucho mejor una respuesta aproximada a la pregunta correcta, que a menudo es vaga, que una respuesta exacta a la pregunta incorrecta, que siempre se puede precisar”. – John Tukey

Descargo de responsabilidad: no tengo idea si estas citas son ciertas, pero seguramente dicen la verdad.

Porque AMBOS objetos se tiran unos de otros.

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