看总势能U=Ug Uc,,为什么轨道能稳定存在似乎有了答案。为了更好的演示,物理学家们经常使用“势能图”——一种描述力和能量的直观方式。要理解它并不难,只要想象将一颗小玻璃球放在线上然后想象它会怎么滚动。例如下图线上的“小球”会向左滚动,但距离不会太远。
用与太阳的距离表示的势能曲线。当行星太靠近太阳,离心力会把它“甩开“,当行星距离过远,引力又会将它”拉回来“。一个稳定的约束轨道中的行星没有足够的力从势能曲线的”坑“里甩出来。这张图也解释了为什么很难进入一个运行轨道,因为当你从远处向轨道前进,会有足够的力迫使你回到原点。
一个稳定轨道在势能曲线的凹槽内。如果离的太远引力将它拉回,离得太近离心力又会把它甩开。
如果你还想要一个对宇宙感到有趣的理由,那么——稳定的引力轨道只存在于二维和三维宇宙中!引力和声波光波的衰减是一样的(在我们的例子中是1/R2),所以假设我们的宇宙是D,引力Fg为
,当维度D≥3,,产生的引力势能