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统一场论5版(下)

 昵称30232863 2016-02-17


二十六,解释万有引力的本质。

    万有引力给人类最困惑的问题是,宇宙中任意两个物体之间的引力是怎么产生的,又是怎么把引力传给对方的。

    其实,万有引力的本质很简单。

    举一个例子,一个汽车迎面向你驶来,驾驶员觉得自己是静止的,肯定认为你是迎面向汽车运动。如果一个汽车加速的向你驶来,驾驶员觉得自己是静止的,肯定认为你在加速地向汽车运动。究竟是你在运动还是汽车在运动,不重要,关键的、有意义的是汽车和人之间的空间在变化。

    万有引力本质就是质点之间的空间运动变化,相对于我们观察者所表现出的一种性质,两个质点之间的空间的运动变化和两个质点的相对运动本质上应该是一回事情。

    人类被万有引力这个“力”字蒙住了眼睛,老是想力是什么东西,力到底是什么?越想越糊涂!

    一个女孩从我面前走过,我说这个女孩很漂亮,一把小刀,我说很锋利,漂亮是我们对女孩描述出的一种性质,锋利是我们对小刀描述出的一种性质。力就是我们对物体相对运动描述的一种性质,力不是一个具体存在的东西,两个物体有相对加速运动趋势,我们就可以说他们之间受到了作用力。

    设想一下,如果在中国,一个人手里拿一个小球,在某一个时刻,这个人把小球放下,小球从静止状态加速撞向地球,按照前面的看法,也可以说小球始终是静止的,是地球撞上了小球。

    也许有人反驳,我们同时在我们对称的国家----巴西国家放一个小球,岂不是小球要加速地飞向空中?

    这个反驳其实是需要一个前提:空间是静止和不动的,一切物体像鱼儿那样在静止的空间海洋里运动,空间的存在于物质点的运动是不相干的。

关键的关键是:空间本身是时时刻刻在运动、变化的,空间和物质点的运动是紧密的联系在一起的,至于空间为什么会运动,请参阅前面的《垂直原理》。

 

二十七,导出万有引力公式。

我们观察者站在地球上,相对于地球静止,在地球附近空中,放置一个物体,这个物体没有受到别的力的作用,纯粹只是受到地球的万有引力的作用,从静止状态开始做自由落体运动。

我们把地球设定为o点,用m’表示地球质量,这个物体设定为p点,用m表示这个物体的质量。

按照我们前面对牛顿三大定理的解释,p点受到o点的引力F可以表示为:

F = - m A

在前面的惯性质量等价于引力质量证明中,我们知道地球在p点产生的引力场和p点的加速度是等价的,这样:

A = g m’R/r2

上式中g为万有引力常数,R是由o点指向p点的位置矢量,ro点到p点之间的距离。

由式F = - m AA = g m’R/r2导出万有引力公式:

F = -  g m m’R/r2

由于万有引力指向观察者,所以为负值,以上告诉我们,万有引力的本质来自于相对运动,相互作用力本质也是一种惯性力。

 

  二十八,引力场与空间的波动性。

   前面我们认定了引力场是空间以螺旋式运动所表现出的一种性质,空间几何点的直线位移随空间位置变化、旋转位移随时间变化都可以反映出引力场场强A,我们知道,物理量【这里是空间几何点的位移量】随空间位置变化又随时间变化,可以认为是波动过程。

   我们知道,波动和柱状螺旋式运动有很大的区别,波动是振动形式在媒质中的传播,而不像螺旋式运动是质点在空间中移动。但是对于空间这个特殊的东西,两种运动却可以兼容。

   一个几何点运动不会有波动效应,但是,一群几何点情况就不一样了。由于空间中一个几何点和另外一个几何点绝对没有区别,因而可以断定,空间的柱状螺旋式运动里面包含了波动形式。

   这样,在以上的三维螺旋时空方程中,如果时间轴我们选在z轴上,波动方向在z轴上,物质点o点周围空间中几何点p点的坐标(xyz):

   x = rcosω

   y = rsinωt

   z = c t 

   可以写成波动形式,由于是柱状螺旋式运动,很显然,波动方向和振动方向垂直,是横波。统一场论独特的看法是:xy如果是时间t的函数,也是z的函数,会随着z的变化而变化,因为时间的本质就是以光速运动空间。

   下面我们来求出这个波动方程,对于波动,应该有波动方程,而大多数波动方程描述的是质点加速运动的位移随时间的导数和随空间位置的导数之间的制约关系。.

   在以上的三维螺旋时空方程中,几何点p的位移Rx轴的分量记为x,y轴的分量记为y ,在z轴的分量为z,我们这里假定时间是几何点沿z轴以光速C前进产生的,前面的三维螺旋时空方程为:

    R(t)  = C t = xi+ yj + zk  

   或者: r2  = c2t2x2+ y2 + z2 

   如果时间轴选在z轴上,则:c2t2= z2 

   我们把x对时间t两次求导的结果为d2x/dt2,由关系式

c2t2= z2 实际上可以表示为::d2x/dt2 = c2 dx/dz2

   改为偏微分方程为:2x/t2 = c2 ?2x/ z2

   上式就是几何点在时刻t’,在x轴的投影位移x沿z轴传播的一维波动方程,其中的?是偏微分号。

    同样理由,也可以导出几何点在时刻t’,在y轴的投影位移y沿z轴的一维波动方程,?2y/t2=c2?2y/z2

    对偏微分方程 2x/t2=c2?2x/ z2求解,通解为:

    y(z,t) = f(t - z/c)+g(t + z/c)    

    fg表示两个独立的函数,方程 y(z,t) = f(t - z/c)可以认为是从物质点O出发向外行进的波,而方程 y(z,t) = f(t + z/c)传统认为在物理上是不存在的,被认为是从无限远处汇聚到o点的波,对于普通介质,理所当然的是没有这种物理意义的,但是,对于空间这种特殊的介质,却有物理意义的。这个实际上可以解释负电荷的来源,这个以后详细再讲。

    以上方程也包含了以o点为中心向四面八方直线运动形式,和从四面八方直线汇聚到o点的运动。

    方程 2x/t2=c2?2x/ z2有两个特解x = rcosω(tz/c)和x = rsinω(tz/c)满足这个方程。

    如果考虑运动的连续性,xy合在一起在z轴的垂直平面上运动形式应该是一个圆,所以,某些情况下,xy 一个取余弦波,另一个就取正弦波。因此,有下面的时空波动方程:

    x = rcosω(tz/c

    y = rsinω(tz/c

    由于z = C t是空间柱状螺旋式运动中的直线运动部分,而时间是由空间柱状螺旋式运动中的直线运动部分形成,因而可以认为

     z = 直线运动的空间 = 光速乘以时间 = C t

     可以认定上面的波动速度C就是光速。

     引力场是这个空间波动的根源,质量是空间相对于我们观察者运动所表现出的一种性质,电磁场是波动的传播,传播的速度就是光速。

    考虑把几何点的位移推广到三维空间情况,也就是几何点的位移R[数量为r]不仅仅的随z轴的变化,同时又随x,y轴的变化,把x或者y改为r,相应的有波动方程:

    2r/x2 + 2r/y2 +2r/z2 = (?2r/t2)/ c2.

    这个波动方程也可以表示为▽2r = (?2r/t2)/ c2.

    由此,我们获得以下看法:物体周围空间的存在是一个波动过程,波动的速度就是光速,空间几何点的位移随时间变化和随空间位置的变化都可以反映出物体周围万有引力场情况,二者是等价的。

    物体周围的万有引力场的本质也可以认为是空间相对于我们观察者波动所表现出的一种性质。

  

二十九, 统一场论真空静态引力场方程。

   由以上分析,我们提出一个有别于广义相对论的静止质点周围重力场场方程,

   由前面提出的引力场定义方程,借助场论中的高斯定理,可以把万有引力场用散度概念表示,设o点的质量m和一个包围o点的曲面s= 4πr2内体积v的之比为u, 当我们考察sv趋于无限小的情况下,则万有引力场方程A = k n R/ Ω r3可以表示为:

      ▽·=  4πg u                 1

    表示[g为万有引力常数],上式表示在体积v内包围了运动几何点矢量的条数的多少反映了质点o的质量大小。

    对于o点周围空间【不包括o点】中任意一个几何点p,引力场的散度为0

    ▽·= 0                      2

    还有,引力场【包括o点】的旋度也是0

    ▽×= 0                       3

    以上(2)、(3)方程刻画了相对于观察者静止的质点周围引力场的基本性质,方程(1)描述了场和静止场源之间的关系,这个三个方程可以取代爱因斯坦的引力场方程,完全揭示了万有引力和引力场的一切基本性质,从这三个方程出发,可以推导出万有引力定理。

 

三十,物体质量的叠加。

以地球和月球为例,统一场论认为,物体周围空间的运动有旋转运动和直线运动两种形式,如果把重力场和旋转运动联系起来,地球和月球周围空间的逆时针旋转情况(就是几何点的运动周期和运动半径)可以反映出地球和月球的质质量。

地球和月球之间的空间都以逆时针旋转,相互接触的地方,方向相反,要抵消一部分空间,地球和月球之间的空间有减少趋势,表现为地球和月球相互吸引。

当月球向地球靠近,最后如果落在地球上,和地球合二为一变成一个星球,周围的逆时针旋转空间的运动将叠加,这个就是物体质量能够叠加的几何解释。 

   加速运动的负电荷产生沿加速度方向一致的反重力场。

  

三十一,电荷和电场的定义。

    质点o如果带有电荷q,在周围产生电场E,电场的实质反映了单位时间内、单位体积内o点周围空间以光速运动的运动量。和引力场比较起来就是多了时间因素。

    在质点o周围空间中,引力场= g m R /r3 = g k n R/Ω r3中质量m随时间t变化产生电场:

    = k(dA/dt= kg(dm/dt) R/r3 = kg[k d(n/Ω)/ dt] R / r3

    k’为常数。而o点的电荷q表示单位时间内o点质量的变化量,反映了在单位时间里o点周围光速运动空间几何点越过某一个界面的位移的条数。

   q  = 4πε。kg(dm/dt) = 4πε。kg [k d(n/Ω)/ dt]

 ε。为介电常数。

    以上是电荷的几何定义方程,4π, g,ε。,k’都是常数,合并常数,把上式带入式 E = kg(dm/dt)R/r3中可以导出库伦定理中的电场强度方程:

    E = q R/ 4πε。r3

 

三十二,解释电荷的相对论不变性

    由以上电荷的几何定义方程 q  = 4πε。 k(d m /dt)我们很容易解释电荷的相对论不变性,解释电荷不随速度变化的原因。

    当质点o以速度V相对于我们运动的时候,质量m增大了一个相对论因子√(1- v2/c2),而时间t由于时间的相对论性膨胀效应会随着速度V增大一个相对论因子√(1- v2/c2),这样mt都增大一个相对论因子√(1- v2/c2),结果d m /dt不随速度V而变化,而4πε。g k’都是常数,所以q不随速度V变化。

 

三十三,电荷、电场与高斯定理。

    利用高斯定理可以更加清楚的刻画电荷、电场的几何形式。前面的电场几何方程中,电荷o点带有电荷量q,在周围空间p处产生的电场E【由o指向p的矢径为R】为:

    = k(dA/dt= kg(dm/dt) R/r3

    = kg[k d(n/Ω) / dt] R / r3

    我们现在考虑k’,g[k d(n/Ω) / dt]不变,Rr3之间的变化情况。

    = kg[k d(n/Ω)/ dt] drR/ 3r2

    = kg kd/ dt(n/Ω)drR/ 3r2

   R】为沿R方向的单位矢量,r是矢量R的数量。注意:以上的沿R方向单位矢量【R】不随r变化。

    当我们再考虑方程= kg kd/ dt(n/Ω)drR/ 3r2中n和Ω相对变化的时候,有方程:

    = kg kd/ dtdn drR/dΩ 3r2

3dΩ r2 = dS,单位矢量【R 和矢量面元dSdS的数量为ds】的方向一致,这样有下式:

    = kg kd/ dtdn drR/ds

    现在我们再考虑另一种情况,高斯面s = 4πr2中r不变,我们把dr设定为常数1,在仅仅是dndS之间的相对变化的情况下,上式也可以写为:

    E· dS   = kg kd/ dtdn

    注意dSE的方向和【R】一致,把上式两边在高斯球面上积分,结果为:

   E·dS kg kd/ dtn =  q/ε。

    n为高斯球面s = 4πr2上穿过的矢量R = Ct总的条数。把上式在直角坐标xyzo上展开。设在坐标上的分量为Ex,Ey,Ez

    矢量面元dS的分量dydz i, dxdz , dydx ,由高斯定理得:

   ∫∫∫v(?Ex/x + Ey/y + Ez/xzdv

=∫∫s Ex dydz +Ey  dxdz + Ez  dydx  kg kd/ dtn = q/ε。

   上式直接的物理意义是:

    方程∫∫sEx dydz  +Ey dxdz+Ez dydx=  kg kd/ dtn 告诉我们,电场可以表示为单位时间内、单位面积s上垂直穿过几何线的条数。

    而方程∫∫∫v(?Ex/x + Ey/y + Ez/xzdv =  kg kd/ dtn告诉我们,在运动变化的空间中,电场也可以表示为单位时间内高斯球面内接球体积v内包含的运动几何点位移的条数。

    当这个体积v发生很微小的变化,变化的部分可以看成是v的界面,可以用曲面s表示,在v上电场的分布情况可以保留在s上,由v上的电场分布情况可以求出s上的电场分布。

   这个意味着电场是物体周围空间相对于我们观察者以光速连续向外辐射运动所表现出的一种性质。

   把上式用散度概念表示,设o点的电荷和包围o点的高斯曲面s内体积v的之比为u当我们考察sv趋于无限小的情况下,则式

    q/ε。=E·dS =∫∫s Ex dydz +Ey dxdz + Ez dydx

    可以表示为:

    ▽·E = uε。             

   上式表示在单位时间内、体积v内包围了运动的几何点的位移线R = Ct的条数反映了质点o电荷的大小。

   如果有许多空间几何点连续不断的从无限远处越过高斯曲面s垂直穿进来,汇聚到o点,形成许多几何点的位移线,则这些位移线的条数反映了o点是负电荷,反之是正电荷。

    在我们观察者面前,两个点电荷,周围空间逆时针旋转的是正电荷,周围空间顺时针旋转的是负电荷。

 

 三十四、导出库仑定律。

   库仑定律表述如下:相对于我们观察者,真空中两个静止的点电荷q(电量为q1)q’(电量为q2)之间的作用力和他们的电量成正比,和他们之间的距离 r 的平方成反比,电荷有正有负,同号电荷相互排斥,异号电荷相互吸引。

   数学公式为;

   = (k q1 q2/r2)R= q1 q2 R/4πε。r3

   其中k为比例常数,ε。为真空中的介电常数 , r是矢量R的数量,【R】是沿R的单位矢量。

   库仑定律是实验总结出的定律,统一场论可以对其做出解释。

   以前面的点电荷o点为例,按照前面“电荷、电场的定义”,当o点相对于我们观察者静止,它具有电量q1,是指o电荷周围单位时间内产生了n条几何点的位移矢量R = Ct

   o点附近突然的出现另一个电荷o’点,它具有电量q2o’电荷周围单位时间内产生了n’条几何点的位移矢量R = Ct

   o’点的出现,使o点周围本来的空间运动量发生变化。如果我们观察者静止于o点,站在o点处观察,o点周围单位时间内运动空间运动量的变化量肯定是o’点周围单位时间内空间的运动量。

   因此,o点受到o’点库伦电力F,就是o点周围单位时间空间运动量的改变量【等于o’点的周围单位时间内空间的运动量【(d/dt)nR】与所在的空间范围4πr3的比值。

   F = k (d/dt)nR/4πr3

   k为比例常数,(d/dt)n’和o’点的电荷q’成正比,而R/4πr3和o点在o’点产生的电场q R/4πε。r3成正比。所以有:

   F = qq R/4πε。r3

   以上就是库伦定理。

 

三十五、从统一场论导出磁场是电场相对论效应。

在以上的统一场论动力学方程

= dP/dt = Cdm/dt - Vdm/dt + mdC/dt - mdV/dt

中,(C- V)dm/dt =  Cdm/dt - Vdm/dt是质量随时间变化的力,简称加质量力,统一场论认为是电磁力,其中Cdm/dt 是电场力,Vdm/dt是磁场力,

按照统一场论的看法,以上的o点静止的时候,具有质量为m’,如果受到了别的电荷的电场作用,受到的静电场力为 F = Cdm/dt’,

o点相对于我们以速度V运动的时候,具有质量为m,沿V平行方向受到了电场力F = Cdm/dt,注意,tt’是不一样的。

沿V垂直方向方向,受到了电场力

f = c√(1- v 2/ c2)】dm/dt

以上结论和相对论是一致的。vV的标量,f是力F的标量。

我们还可以求出电场变换。

令γ = 1/√(1 - v2/c2),o点以速度V相对于我们观察者运动,沿V垂直方向,o点受到的电场力可以写为

F = c√(1- v 2/ c2)】dm/dt

 =γ 【 c√(1- v 2/ c2)】【 √(1- v 2/ c2)】dm/dt

= (1- v 2/ c2)γc dm/dt

=(γc dm/dt)(v 2/ c2)γc dm/dt

o点相对于我们以速度V运动的时候,以上的γc dm/dt被认为是o点受到的电场【用E表示】力, (v 2/ c2)γc dm/d可以认为是受到的磁场【用B表示】力。

qE表示电场力γc dm/dt,则磁场力(v 2/ c2)γc dm/d

qE(v 2/ c2)

 如果我们认为电荷o受到的磁场力归结以下三个因素:

    1  o的电量q成正比。

    2  o的运动速度v成正比。

    3  o受到的磁场B的作用成正比。

    B的大小应该等于E/c2乘以速度v,由于vE相垂直时候B值最大,所以应该是叉乘,也就是:

    ×/c2

    以上告诉我们加质量力和电磁场力都满足于相对论变换,这个是证明了加质量力就是电磁场力的一个强有力的证据,也表示相对论和统一场论的在磁场是电场相对论效应上看法是一致的。

 

三十六,磁场的几何形式方程。

    前面分析指出,随时间变化的重力场产生电场。人类已经发现,带电粒子相对于我们观察者以速度V运动的时候,可以引起V垂直方向上电场的变化,电场变化的部分我们可以就是磁场,也就是随速度变化的电场产生了磁场,统一场论继承这种看法。

设想一个相对于我们观察者静止的o点,质量为m,带有电荷q,在周围空间p处产生了静电场E,由o点指向p点的矢径为R,我们以R的长度r为半径作一个高斯面s = 4πr2【内接球体体积为4π r3】包围o点,则:

   E = q R/4π ε。r3 = k( dm/dt)R/4π ε。r3

k是常数。

   o点相对于我们以速度V运动的时候,可以引起电场E的变化,变化的部分我们可以认为是磁场B,很简单的想法是电场E乘以速度V就是磁场B ,由于速度V和电场E相互垂直时候,产生的磁场最大,因而它们之间是叉乘,所以有以下关系,

B = 常数乘以(×E

由电场E的几何形式方程 E = q R/4π ε。r3 =  k( dm/dt)R/4π ε。r3,可以求出磁场B 的几何形式方程,

B = 常数乘以【×(q R/4π ε。r3)】 =常数乘以【×k( dm/dt)R/4π ε。r3】

合并常数,以上与磁场B相关的常数用磁导率μ表示,由于我们这里讨论的是在真空情况下,所以用真空磁导率μ。表示。

B = μ。【×k( dm/dt)R/4π r3】

以上就是真空中磁场的几何形式方程。这个方程和电场、磁场相互关系满足的方程 B = V ×/c2是紧密联系在一起的。

 B =μ。【×k( dm/dt)R/4π r3】

 = μ。【×(q R/4π r3)】

 = μ。【×ε。(q R/4π ε。r3)】

 = μ。ε。【×(q R/4π ε。r3)】

= μ。ε。(×E

在电磁学中,认为真空中磁导率μ。和介电常数ε。的乘积是真空中光速c的平方的倒数【这个是人为规定的】,所以以上方程可以写为:

 B = V ×/c2

以上方程反映了电场和磁场的基本关系。从这个方程加上时空同一化方程r2 = c2t2可以导出麦克斯韦方程中变化磁场产生电场、变化电场产生磁场。

 注意,以上的磁场和运动电场都没有考虑相对论效应,只是在V很小或者等于零的情况下成立。

   在静电场方程中乘以Ψ就是电场的普遍形式,Ψ 为相对论效应修正相,

   Ψ 1- v2/c2)/【√[1- (v2/c2)sin】3,其中θ为Rx轴的夹角。电场方程乘以相对论修正相Ψ,不影响d电场和磁场之间的关系。

 

 三十七,磁单极子不存在。

    统一场论认为,一个相对于我们静止的带电粒子O点,在周围空间产生静电场,当O点相对于我们观察者以速度v匀速直线运动,可以产生磁场,这个磁场的本质就是空间以矢量速度v为轴心在旋转。当O点以匀速圆周运动时候,空间的旋转运动在这个圆周的正反两个面上一进一出,进的一面是S极,出来的一面叫N极。

    从磁场这种几何形式来看,自然界不存在有磁单极子的。

 

三十八,核力场的定义方程。

    所有的场都是引力场变化而来的。核力场和电磁场一样也可以认为是引力场的变化而产生的。

    电场是引力场的质量随时间变化而产生的,核力场所不同的是引力场几何点的位移随时间变化而产生的。

    引力场= g m R /r3 = g k n R/Ω r3中R = Ct随时间t变化,产生核力场

    D = g m (dR/dt) /r3 = g m C /r3= g k n C/Ω r3

    相对于观察者,物质点o周围空间p处在一小块体积Ω r3上穿过几何点的光速度C的条数为1 C和Ω r3的比值反映了o点在p处产生的核力场强。

 

三十九,统一场论能量方程

一个质量为m的火车相对于我们地面的观测者以匀速度VV的数量为v】直线运动,地面的观测者认为这个火车有动能1/2 mv2 ,而火车上的观测者认为火车的速度为零,因而动能为零。所以讲,现代物理学认为动能相对于不同的参考系是不守恒的,一个物体具有的动能在不同的观测者看来是不一样的。
    
但是,统一场论有着不同的看法。统一场论认为一个物体具有能量在相互运动的观测者看来数量是一样的,能量对于不同的参考系仍然是守恒的。不同的观察者看到的只是粒子运动形式有所不同,而粒子总的能量是不变的。

统一场论认为能量是物体相对于我们观察者在某个空间范围内的运动量或者物体周围空间本身运动的运动量。

 统一场论认为任何一个相对于我们观测者静止的粒子,都不是真正的静止,而是以光速在穿越空间运动,我们观测者也可以认为这个相对于我们静止的粒子周围的空间时时刻刻以光速c在向外辐射运动。

    因而任意一个相对于我们静止的质量为m’的粒子o点,统一场论认为都有一个静止动量mc,当o点相对于我们观测者以匀速度V直线运动时候,相对论和统一场论认为都认为o点周围空间的光速运动在V的方向上不变,但是,在V的垂直方向上,光速c变成了

(c2- v2),写成矢量形式是C - V, 并且C- VV相互垂直。

以上的统一场论动量公式P = m(C-V)为矢量形式,其标量形式为:

p = m’c = mc(1- v2/c2)
   
对上式方程两边乘以光速c,为统一场论能量方程:

= m’c2 = mc2√(1- v2/c2)

mc2为o点的静止能量,这个和相对论的看法一致,mc2√(1- v2/c2)o点以速度v运动的时候的能量,这个和相对论的看法稍稍不同,相对论认为o点以速度运动的时候能量为mc2,这样相对论认为o点静止时候的能量m’c2和以速度v运动的时候能量mc2是不一样的。

而统一场论认为o点以速度v运动的时候能量mc2√(1- v2/c2)和静止能量m’c2是相等的,统一场论这种看法表明质点能量的量必须相对于一个确定的观察者才有意义,很o点静止的观察者发现o点能量为m’c2,和o点以速度v运动的观察者发现o点能量为mc2√(1- v2/c2),无论哪一个观察者都不可能观察到o点能量为mc2。

统一场论强调了不同的观测者,看到了能量有不同的表现形式,而总的能量的数量与观测者无关,这种观点应该比相对论的观点要合理一些。

   统一场论能量方程和经典力学的动能公式有什么关系呢?

   经典力学认为,一个质量为m的质点o点相对于我们观测者以速度V【数量为v】运动时候,在我们观测者看来,具有动能 Ek = 1/2 mv2。

将统一场论能量方程

e = mc2√(1- v2/c2)

中√(1- v2/c2)用级数展开为1- v2/2c2+·····

略去后面的高次项,

e mc2- mv2/2c2

e = m’c2可知em’c2≈ mc2- mv2/2c2,这个表明经典动能是物体以速度v运动的时候引起静止能量发生变化的变化量。

   一个相对于我们观测者静止的质点质量为m’,相对论认为有一个静止能量E = mc2,意思是指这个质点周围n条几何点的光速的平方,n的大小取决质量m’。

    统一场论给出能量的定义:

    能量是质点在空间中【或者质点周围空间本身】相对于我们观察者在某个空间范围内【由于时空同一化,也可以说在某一个时间段内】运动的运动量。

     空间、物质点、观测者、运动四个条件一个都不能少,否则,能量就失去了意义。单独存在着质点,单独存在着空间都没有能量,没有观察者,或者没有指明哪一个观察者,能量就不能确定。

 

四十,随时间变化的引力场产生电场。

    电场和引力场都是产生于物质粒子周围空间的运动。物质粒子周围空间运动的位移量是空间位置的函数,将几何点位移量对空间位置求导反映出的特性就是引力场。

    物质粒子周围空间运动的位移量既是空间位置的函数,又是时间的函数,反映出的特性就是电场。

    我们知道,物理量(这里指运动空间的位移量)既是空间位置的函数,又是时间的函数,肯定是一个波动过程,这个表明电场就具有波动性。

    电磁场和引力场合作一起就是柱状螺旋式和波动叠加的运动空间,引力场是波动的根源,电磁场是波动的传播。空间本身具有波动性,波动的速度就是光速。

    当一个物质粒子相对于我们静止,周围空间就具有了波动性。当这个物质粒子相对于我们加速运动,导致周围空间的运动形式发生扭曲,这个扭曲形式仍然以波动形式(波动速度为光速)向外传播,麦克斯韦方程组反映了这一点。 

电荷和质量比起来就是含有了时间因素,空间几何点的位移随空间位置变化的变化率反映了引力场的大小,直线运动的几何点的位移方向反映了引力场方向。

   空间几何点的位移随空间位置变化又随时间变化,变化率反映了电场的大小和方向,电场中,几何点的位移既是空间位置的函数又是时间的函数。

   知道了质量、引力场和电荷、电场的本质,就可以很容易知道电场和引力场满足的一种基本关系:

在质点o周围空间中,随时间t变化的引力场= g m R /r3 = g k n R/Ωr3可以产生电场:

    = k(dA/dt= kg(dm/dt) R/r3

    质量m随时间t变化就是电荷q

    q  = 4πε。kg(dm/dt)

    也可以用散度表示为:

    /t ▽·= k▽·E

k为常数。

 

四十一、随时间变化的磁场产生引力场

    统一场论核心是:随时间变化的引力场可以产生电磁场,随时间变化的电磁场也可以产生引力场。

这里介绍的是:随时间变化的磁场产生引力场情况。

    相对论和电磁学认为,一个相对于我们观测者静止的点电荷o,在周围空间某处p点产生了静电场E,o点相对于我们观测者以速度V运动,o点在p处还产生了磁场Bp处的合场为V×B.其中EB满足以下关系:

    V×E/c2

    传统的看法是物质点周围的空间与物质点是不相干的,统一场论把物质点周围空间与物质点的运动状态联系在一起。

    统一场论认为,当以上的o点相对于我们观察者以速度V运动时候,我们观察者认为p处也有一个速度p点在统一场论中被看成是几何点,当o点相对于我们以加速度A运动时候,p点也具有一个加速度A。这个加速度在统一场论中是几何点的加速度,而统一场论认为几何点的加速度就是重力场,由此认定p点的加速度A就是重力场。

     o点相对于我们加速运动,找到了p点的加速度A和电磁场EB的关系,就找到了加速变化的电磁场和重力场之间的关系。

    为此,我们将式V×E/c2 对时间t求导,有下式:

    dB/dt = dV/dt ×E/c2 V×(/ dt/c2

    认定A是加速运动电荷op处产生一种由随时间变化的电磁场转化的重力场。

    如果在这种情况下,电场E不随时间变化,或者说我们只考虑随时间变化时相互对应关系,上式可以写为:

     B /?t A×E/c2

    用语言描述上式是:随时间变化的磁场可以产生和磁场环绕的平面相垂直方向的重力场。这样,加速运动点电荷o在周围空间p处的重力场A’等于

    A A- A

    上式告诉我们,加速运动点电荷o周围空间p处的重力场A 包括:o静止本来就有万有引力场 -A 静和随时间变化的磁场产生的重力场A两部分。

    op处产生的磁场B、重力场 A、电场E的关系dB/dt =  A×E/c2 如下图所示:

    统一场论5版(下)

我们需要注意的是,由电磁场变化而产生的重力场是关于平面对称的,而万有引力产生的重力场是关于点对称的,这个是二者主要的区别,这个也是电磁场力产生的重力场力不能够直接和万有引力产生的重力场力相互作用的原因。

    电磁场和重力场之间的关系,万变不离其宗,都是物质粒子周围空间相对于我们观测者不同的运动形式之间的关系。一句话,电磁场和重力场都是变化空间的不同形式。

  

四十二,加速运动电荷的电场和引力场之间的关系。

   统一场论的关键任务是找到电磁场和引力场的的关系,尤其是能够用数学公式表示的关系。

   但是,由于场是质点之间的空间的变化,质点的运动形式的改变会对空间的运动(也就是场)造成影响,电磁场和引力场的关系将随着物体和观察者的运动形式的改变而有所变化,所以,电磁场和引力场的关系显得复杂。

    麦克斯韦方程组告诉我们,随时间变化的电场可以产生磁场,随时间变化的磁场也可以产生电场。在统一场论中也有类似情况,随时间变化的引力场可以产生电场,随时间变化的电磁场也可以产生引力场。

    这里介绍的是加速运动电荷的周围的电场(简称加速电场和引力场之间的关系。以下是推导过程。

    设想一个相对于我们观测者静止的点电荷o,在周围空间中一个几何点p处,会产生静电场E。当o点相对于我们以加速度A加速运动,几何点p相应的也会有一个加速度A。允许有人会奇怪,o点有加速度A,为何几何点p也有一个加速度A

    这个就要涉及到统一场论的基本思想,统一场论的看法是物质点具有的性质来自于物质点周围空间的运动,当这个物质点运动时候,会对周围空间运动状态施加影响。

    举例来说,有两个观察者甲和乙,相对以加速度A运动,如果甲看到周围空间中一个物体p点相对于自己静止,那乙一定认为p点相对于自己具有一个加速度A。如果甲看到周围空间中一个物体p点相对于自己以一个速度匀速度V运动,那乙一定认为p点相对于自己具有一个加速度A和一个速度匀速度V两种运动叠加的方式运动。

    空间几何点和以上的情况是类似的。

    现在设想一个点电荷o相对于我们观测者一直静止在o点,从时刻t=0开始以加速度A【数量为a】沿x轴正方向作直线加速度运动,在时刻t=τ时,速度达到了aτ,以后就以速度v继续作匀速直线运动。如下图所示:

统一场论5版(下)

为了简单起见,我们考虑的是v远远小于光速c,下面我们考虑在任意时刻t(t远大于τ)时电荷o的电场分布情况。

   0-τ这一段时间内由于电荷o的加速运动,它周围的电场线会发生扭曲,现代物理学认为这个扭曲状态会以光速c向外延伸,但是,现代物理学不能够解释为什么会以光速向外延伸,这个统一场论可以很好的解释。

   统一场论认为,空间相对于我们观测者时时刻刻都在运动变化的。电荷周围有许多几何点相对于我们观测者以光速辐射式离开该电荷向外运动,高斯定理中的电场线就是这些以光速运动的几何点形成的。

   以上的扭曲状态以光速向外运动,这个就像一个向四周匀速喷水的水龙头,一旦水龙头抖动一下,引起水流发生扭曲,这个扭曲状态肯定的以水流的速度向外延伸。

  t=τ时候,电荷o停止了加速,由加速运动电荷o引起的电场的扭曲状态以光速c向外延伸,在上图中可以看到扭曲状态厚度为cτ,夹在两个球面之间。这两个球面其中的后沿球面在t时刻已向四周传播了ct-τ)这么远的距离,结果是以p点为中心,直径为ct-τ)的球面。

   由于从时刻t=τ开始,电荷o作匀速运动,所以在这球面内的电场应该是作匀速直线运动的电荷的电场。根据我们前面的设定,电荷o的运动速度v远远的小于光速c,,所以这球面内的电场在任意时刻都近似为静电场。在时刻t,这一电场的电场线是从此时刻o所在位置o点引出的沿半径方向的直线。

    由于t远大于τ,c远大于v,所以ct远大于1/2vτ(即从Op点的距离)。因此,扭曲状态的前、后沿的两个球面几乎是同心圆。随着时间的推移,以上的扭曲状态的半径(ct)不断的扩大,以光速向外延伸、传播。

    由高斯定理可知,电场线发生扭曲,不会改变电场线的条数,所以在扭曲状态的前后两侧面的电场线的条数是相等的。在v远小于c时候,这个扭曲的电场线可以当直线来看待。

    我们选用与x轴成θ 角的那一条电场线来分析。由于从o点到p点的距离比r = ct要小得多,我们可以把o点和p点看作为一点o(上图中标出的是p),op=vτ/2+v(t-τ)vt .扭曲区内的电场E可以分成两个分量Er(沿半径方向)和Eθ(垂直半径的切线)。由上图可以看出

    Eθ/Er = vtsinθ/cτ= atsinθ/c = arsinθ/c2 

    根据高斯定理,由于电通量只和垂直于高斯面的电场分量有关,所以,电场线在扭曲区里连续就意味着Er分量仍然是库仑定律给出的径向电场,即

    Er = q/4πε。r2

   Er = q/4πε。r2 带入式Eθ/Er = vtsinθ/cτ= atsinθ/c= arsinθ/c2 ,可得

    Eθ= qasinθ/4πε。c2

    以上电场Eθ垂直于电磁场的传播方向(这里是r的方向),并且只有在扭曲状态中存在,所以,它就是o电荷加速运动时候所产生的横向电场。

    o电荷的电场按照统一场论的看法,是由于空间以光速运动形成的,当这种运动状态发生改变时候,相应的加速度A可以看成是空间具有的加速度,统一场论认为这个空间的加速度就是引力场。如何理解这种看法?

    设想,甲乙两个观测者相互加速运动,认定自己所在的空间是静止的,则对方空间中每一个几何点相对于自己都有一个加速度,这种加速运动的空间可以看则是引力场,和引力场本质上没有区别的。这个也体现了统一场论的基本原理:一切物理现象都是来自于物质点和它周围空间之间的位置的变化。

    把式Eθ= qasinθ/4πε。c2= Er a r sinθ/ c2

    改写为矢量形式

    Eθ/r = Er ×A/ c2

    式中A = a 。上式反映了加速运动电荷op点产生的横向电场Eθ和径向电场Er、引力场A、矢径R【数量为r】、光速c之间的关系。

    注意,A是由o电荷加速运动引起电场变化而产生的,不是o具有质量而引起的万有引力场,A虽然等价于o点的加速度,但表示的是矢径R端点处的空间几何点的加速度。由于引力场的本质可以看成是空间中几何点的加速度,所以,也可以把A看成是一种引力场。

   但是,也可以这样理解,在某一个观测者看来,o点相对于我们观测者以加速度A运动,它周围空间每一个几何点都有一个加速度A,可以叫引力场A

 

 四十三,导出毕奥---萨伐尔定理 

   恒定的电流在其周围产生的磁场,其规律可以用毕奥---萨伐尔定理描述。

   毕奥---萨伐尔定理表述如下:在一段导线中,有恒定的电流流过,dL表示这个导线中很小的一段,用i表示这一小段电流的电流强度。idL称为电流元,反映了这一段导线中截流子运动情况。

    电流元在周围空间某处p点产生的磁场dB由下式决定:

    dB =μ。idL×R/ 4 π r 3=μ。idL×【R/ 4 π r2 

    式中μ。为真空中磁导率,R【数量为r】为从电流元指向P点的矢径。【R】为沿R方向的单位矢量。

    以上毕奥—萨伐尔定理是从实验中总结出来的规律,反映了运动电荷在周围空间产生的磁场情况。我们知道,磁场是电场的相对论效应,相对于我们观察者静止的电荷在周围空间产生静电场,一旦电荷相对于我们观察者以某一个速度运动,又会在周围空间产生磁场,应该可以用相对论导出毕奥---萨伐尔定理,下面来给出导出过程。

    首先我们用式dB =μ。i dL×【R/ 4π r2导出匀速运动点电荷的磁场。

统一场论5版(下)

    在上图中的电流元,设它的截面为s,其中截流子数密度为n,每个截流子的电荷都是q,并且都以漂移速度运动,V的运动方向和dL的方向一致,整个电流元i dLP点产生的磁场可以认为是这些以同样速度V运动的截流子在p点产生的磁场的叠加,由于电流强度i = n q s V, 而且此电流元内公有n s dL个截流子,所以,每一个截流子在p点产生的磁场B(忽略不同的截流子到p点的矢径的差异)就应该是:

     = μ。n q s V i dL×eR/ 4π r2 n s dL

     由于VdL方向相同,所以有:

     = μ。V×【R/ 4 π r2

     由相对论我们知道,一个以速度V相对于我们观察者匀速运动的点电荷,产生的磁场B和电场E、光速c满足以下关系:

     B = V×E/c2

     我们确定了式B = V×E/c2中电场E的分布,就可以做出判断,为此,我们利用库伦定理,

      E = q R/4 π ε。r2

      由式E = qR/4 π ε r2和式B = V×E/c2可以导出式

      = μ。V×【R/ 4 π r2

      注意ε。μ。=1/ c2

      我们知道,库伦定理导出的电场分布只适于静止电荷,不适于运动电荷,但是,导线中的截流子(就是导线中自由移动的电子)一般速度是很小的,只有0.0001/秒,和光速c比起来简直是太小了,是可以忽略的。

     磁场的安培环路定理可以从毕奥----萨伐尔定理导出来,而麦克斯韦的位移电流假说也反映了随时间变化的电场可以产生磁场,这一切和相对论中随速度变化的电场产生磁场本质都是一回事情。

    一个物理量随速度变化,就意味着一定会随时间变化。把安培环路定理、毕奥----萨伐尔定理、麦克斯韦位移电流假说、相对论中磁场是电场的相对论效应综合起来考虑,更加深我们对自然界统一于时空、统一于运动的认识。

 

四十四,解释麦克斯韦方程中位移电流假设。

麦克斯韦方程组中

     B·dR I + 1/C2 dΦe/dt  = μ。I + d/dt )(∮E·dS)/ c2

    表示运动的电荷μ。I【也就是电流,安培环路定理中电流项】可以产生磁场,变化的电场(d/dt )(∮E·dS)/ c2也可以产生磁场【即麦克斯韦位移电流假设】。

麦克斯韦位移电流假设表示了真空中,点电荷周围空间电场的变化和磁场之间的关系,而安培环路定理表示了许多点电荷运动产生的变化电场和磁场之间的关系,我们应该看到,麦克斯韦位移电流假设是基本的,安培定理只是推广。

本文描述的是物质点在真空中的运动情况,不考虑形状物体在介质中运动情况,所以,略去μ。I这一项,重点解释

 B·dR = d/dt )(∮ E·dS)/ c2

    麦克斯韦方程认为,在某一个时刻,在点电荷o附近某处自由空间中,不存在其他电流的情况下,变化的电场E可以产生环绕线状磁场B,且满足以下关系:

 B·dL d/dt c2)  E·dS

    以上就是麦克斯韦的位移电流假设,c是光速,dS为矢量面元,为时间,d是微分的意思。L是沿B方向的几何线量,方程左边是环路线积分,右边是环路面积分。

    我们知道,速度包含了时间,随速度变化意味着肯定随时间变化,所以,应该可以从相对论中导出麦克斯韦的变化电场产生磁场的位移电流假设,下面来给出推导过程。

相对论认为,一个点电荷o相对于我们以速度V运动的时候,在周围空间p处产生了电场E和磁场B,并且满足以下关系:

B = V×/c2

为了推理简单我们假定V沿x轴方向,我们将方程B = V×/c2两边点乘一个微小的空间长度矢量dL(方向和B同向时候,B·dL的值为最大) ,结果为:

B·dL =V×/c2)·dL = (1/ c2)dRx×E/dt)· dL

= (1/ c2dt)E·(dL× dRx)

注意dRx /dt = V,方向沿x轴。

   在下图中,o点在直角坐标系的原点上,并且以速度V(远小于光速度C)沿x轴匀速直线运动,我们以一个高斯面s =  4πr2【r等于矢量R的长度】包围o点,我们考察s上一点p电场和磁场情况。

 

 

 统一场论5版(下)


 

 

 

 

 

 

由于dLdRx相互垂直时候,相乘数值最大,因而(dL× dRx)可以看成一个矢量面元,这个矢量面元的方向和E一致的时候,E·(dL× dRx)的值最大。因而dL× dRx可以看成高斯面s其中的一小块矢量面元dS

如果我们将方程B·dL  = (1/ c2dt)E·(dL× dRx)两边的变矢量微分dL求环量积分,

 B·dL  = (1/ c2dt)E·∮ (dL× dRx)

方程右边的矢量面元dS = (dL× dRx) 变成了一条带状环形面积,宽度为dRx,如上图所式。

 B·dL d/dt  E·dS)/ c2

左边取环绕一周的线积分,右边取环绕一周的线积分和dRx的乘积,也可以记为面积分,两个积分区域是相同的,都是角度从0开始到2π结束,因而对方程B·dL = (1/ c2dt)E·(dL× dRx)两边的空间变量求环路积分,等式仍然成立。

 B·dL d/dt  E·ds)/ c2

这个就是麦克斯韦位移电流假设,注意,积分∮B·dL是沿B的环绕方向的线积分,∫s  E·dS是高斯面积分 dRx无限缩小,这个带状高斯面就转化为一个线状圆周,可以说,磁场B是电场E在高斯面S上因高斯面S变化而产生的圆周界线。

  

四十五,解释法拉第电磁感应原理。

    下面我们来解释麦克斯韦方程中变化的磁场产生电场中的变化磁场产生电场 E·dR = dΦ/dt = s- ? B /?t)·dS 

这个方程也就是法拉第的电磁感应原理。

由相对论中的磁场和电场相互关系式V×C/ c2,仍然假定V沿x轴,得到:

(dRx/dt)×E/ c 2

在统一场论中认为,时间是空间以光速运动造成的,有时空方程:

r 2  = c2t2

 r是高斯面s =  4 π r2【r等于矢量R的长度】的半径,这样有:

  (dRx/dt)×E/ (dr/dt) 2

    (dr)2/dt = dRx×E

    由于高斯面s =4πr2是以r为半径,以光速c扩大,因而在(dr)2很小的情况下,可以把(dr)2可以看成是高斯面其中的微小一部分,用矢量面元dS【数量为ds】表示,则:
    ds/dt = dRx
×E

    将方程两边点乘单位矢量N,

N·(B ds)/dt  N·( dRx×E

dS表示ds,方向和N一致,以上方程左边可以表示为:B· dS/dt,方程右边可以为:E·( dRx× N),因此有下两个式子:

    B· dS/dt = E·( dRx× N

B· dS/dt = - E·(N×dRx

用矢量dL表示N×dRx,则上两式为式为:   

 B· dS/dt = E·dL

B·dS/dt  = - E·dL

这两个式子我们选哪一个?

   在统一场论中,电荷o点的质量为m,带有电荷q = k dm/dtk为常数】在周围空间p处产生的磁场B的几何方程为:

B =Ψ【μ。ε。(k dm/dt)R×V/4πε。r3】

Ψ 为相对论效应修正相,

Ψ = 1- v2/c2)/【√[1- (v2/c2)sin】3,其中θ为Rx轴的夹角。

由于1/c2 =μ。ε。,所以B =Ψ【μ。ε。(k dm/dt)R×V/4πε。r3】可以写为:

B =Ψ【 (k dm/dt c2)R×V/4πε。r3】

由统一场论的时空方程R = ct,上式可以为:

B =Ψ【 (k m )dR】×V/ c 4πε。r3】

R】为沿R的单位矢量,V/ c的数量式v/ c在统一场论可以表示为cosθ,由于cosθ的微分为-sinθ,所以应该取

B·dS/dt  = - E·dL

上式两边是微分式,两边积分,就是法拉第电磁感应式;

   -B·dS/dt  E·dL

   注意,上式右边是环绕一周的线积分,左边是面积分,这个面积分是右边同样的环绕一周线积分【所以方程添加积分号仍然成立】和dRx的乘积,是一个圆环带状面积,当这个无限微小带状面积的变化时候,这个带状面积的微小变化可以看成是线性圆周。

 

 四十六,如何产生反引力场?

    现在我们来讨论一下反引力场问题。

    统一场论预言了:

    1,随时间变化的磁场产生和磁场环绕平面垂直的引力场。

    2,加速运动的负点电荷产生和加速度方向一致的连续分布的反引力场。

    3,加速运动的负电荷产生了加速度方向垂直的、对称分布的反引力场。这种反引力场可以抵消物体因万有引力而产生的引力场,进而使物体的质量消失。

     一句话,变化的电磁场可以产生反重力场。

    我们有个疑问,自然界有没有天然存在的反引力场物体?答案是没有的,设想我们太阳系附近有反引力场物体,这些物体和太阳、地球及其他星体相互推斥作用,若干年后,这些反引力物体会被挤出太阳系,这样的结果是宇宙中反引力物体将和普通引力场物体生活在不同的空间区域,各过各的日子,互不相干。

    

四十七,光子模型。

   相对于我们观测者加速运动的电荷会在周围空间产生加速变化的电磁场,加速变化的电磁场使某些电子周围的力场和电磁特性消失后,再将这些电子带着以光速辐射式向外运动,这个就是电磁波,又称光。

    光子模型一种是由单个电子相对于我们观察者以螺旋式远离我们运动,并且旋转的中心是条直线,在这个直线方向速度是光速。

    第二种是两个电子绕一条直线旋转,同时又沿着这条直线平行方向以光速运动,结果是以螺旋式远离我们观察者运动,并且这两个电子在中心这条直线的垂直方向是对称的。

   光子的动量为P = m C,m是光子运动质量,C是矢量光速。光子静止动量和静止质量都为零。

   光子的能量为e = m c2

   电子受到了加质量力(C-V)dm/dt的作用后,处于静止质量为零的激发状态,这个就是光子,光子相对于观察者以光速运动。

 

 

 四十八、基本物理概念和导出物理概念。

    物理概念有的是基本的,某些物理概念是这些基本概念导出的。比如时间和位移是基本的,速度是由时间和位移所导出的。还有比位移和时间更基本的物理概念,下面是表示这些物理概念从高级、基本的到低级的示意图。

     物质点、空间→时间、位移、场→速度、光速→质量、电荷→动量→力→能量、功→温度、光、声音、颜色等等。

 

 

四十九,统一场论的主要应用。

    1、造出可以光速飞行外星飞碟来

    2、人工场

    可以使人穿墙而过,而且人和墙都完好无损。人工场可以使造房子、工程、工业制造的速度百倍的提高,费用百倍的降低,可以在人类生产、生活、医疗----的各个方面创造神话。

    3、瞬间消失运动----全球运动网

“统一场论”预言了一种不连续的瞬间消失运动----加质量运动,全球运动网利用这种不连续的瞬间消失运动原理而建立。全球运动网加上GPS和互联网,可以使人员和商品在一秒钟之内出现在全球任何一个地方,包括在密封的房间同样做到。  

    4、全球大规模无导线导电

    5、汇聚太阳能接收器

    可以在一平方米上接受上万平方米太阳能,解决人类能源危机,可以人为的减少某一个地方的太阳能,结合电子计算机分析,来强力的控制、避免有害天气的出现。

    6、长生不老计划

人的意识和思维是人大脑中运动的带电粒子的运动造成的,会对周围空间施加扰动效应,“统一场论”揭开了这种扰动的本质和形式。在人的大脑附近,记录这些空间的扰动效应,可以记录人的意识和记忆,从而进一步的把人的意识信息拷贝下来,储存在电子计算机中,待以后人类科技发展到一定程度,再把这些信息安装在某一个生物体上,使人长生不老。

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