平方反比向心力下物体轨道的无穷远联系
民科吧
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sddsds之歌 楼主
众所周知,在经典的平方反比向心力下,物体的轨道将会是圆锥曲线。而且这些曲线可以说是随着离心率改变而连续变化的,所以从封闭的椭圆轨道开始会逐渐变为抛物线,然后转为双曲线。我们自然可以说封闭的椭圆就此不再封闭,这也是主流说法:"在抛物线和双曲线轨道下物体会从无穷远落下,然后返回无穷远不会再回来。"但为什么一定要这么认为呢,我们要研究无限时间后会发生什么。
想直观自然需要图像,但研究无限在通常的坐标系并不是一件容易的事,但我们可以通过使用单位圆的反演来观察无穷远。我们使用GeoGebra 6来绘制。
如图所示是普通的椭圆轨道,在单位圆中略有变形,但可以看到是封闭的。
而现在是重点!对于抛物线来说我们可以看到它实际(在对圆的反演中)依然封闭!我们甚至可以证明在无限接近无穷的过程中,上下部分的导数其实会趋向一致!(对于抛物线y=x^2来说,导数是2x,在趋向正负无穷时,尽管计算的斜率不会相同,但实际表现皆为垂直x轴!)可惜的是我们在反演图象中可以确认曲线在无穷点是不可导的。
这是双曲线的图像。(为了简洁美观富有对称性,我们采用了“恰好”的图像,这并不妨碍我们讨论!但是要注意其他双曲线在这种设定下的图像并不一定如此有对称性!)
显然,这是最终的爆点!几乎所有人都认为双曲线轨道只有一支,不需要另外一支,这是绝对错误的!我们可以看到我们认为在无穷点就终结的轨道实际上呈现了一种8字形的连接,它不止连续甚至是可导的!(双曲线的两支渐近线可以证明,性质如此)这是否代表删去另一支轨道实际上是一种人类犯了很多次的“自以为是”的错误?或许这是必然,因为方程告诉我们,哪怕是无穷大的时间,质点都只会在其中一支上运动,那么这是否代表了在无穷大的时间只后它会到达另一支曲线?暂时不得而知。
自然,无论是从什么我们大家都知道的性质也难以做出除了“这单纯乱猜”的解释。但我们要知道,平方反比的向心力,也可以是斥力,它的轨道将是双曲线。关于斥力轨道位置,我暂时忘记了计算方式,所以这里只能凭“臆想”来说两句,自然可能会闹笑话。我暂时猜测力心在整个图象的中心(吸引时在某一焦点),那么就有可能说,物体被排斥后,譬如从右下飞出,经过比无限大还大的时间后,它实际上会从左上飞回来,以此往复形成“周期”。具体这个“比无限大还大的时间”到底是什么,不好猜测,我只能猜测一个“复数”或者“虚数”,亦或者把负无穷与正无穷连接。但这些暂时还实在没有什么依据与想法,就不继续讨论了。
2023年08月09日 21点08分 1
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sddsds之歌 楼主
这里补充一下,关于抛物线那一点是否可导我还有些不确定的地方,很多东西有点记不清了,欢迎讨论!
2023年08月09日 21点08分 3
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sddsds之歌 楼主
怎么回事,怎么没人理我
2023年08月10日 07点08分 4
level 6
[勉强]数学大厦、物理学大厦、天文学大厦轰然崩塌。
2023年08月10日 10点08分 5
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