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伍岳明、曹明富:运用物理方法探索爱因斯坦倡导的统一场论(上)

2019-08-07  物理网文

伍岳明 Wuyueming 1 曹明富 Caomingfu 2

                  (杭州师范大学杭州 310036;

摘要:'共旋’假说认为:运动系统的物质均有'自我复制’功能。引力波及电磁波是系统自我复制功能所致,可用范·德·波耳(Van der pol)方程求解。得到一个可描述引力和电磁力的统一场论公式。该式第一项描述物体的引力波相互作用过程。第二项是电磁相互作用过程。认为引力波和电磁波类似德布罗意的物质波(相位波),运动着的物体都伴随着一种波动,而且不可能将物体的运动和波的传播分开。引力本质和电本质是共同的、同根同源。太阳系天体轨道运动的'共面性、近圆性、同向性及稳定性’轨道特征与太阳引力波的三种传播方式有关,稳定性的主因是电偶极子星球相互作用之故。认为物体的惯性、自然界中的“对称性自发破缺”等,原因是我们的宇宙是左旋运动的'自我复制’功能所致。该功能的发现,对认识世界有着深远意义。    

关键词:统一场论;自我复制功能;引力波;电偶极子;物质波

中图分类号:O412

0、 引言

爱因斯坦的夙愿是追求引力场与电磁场的统一,他相信自然界只有一种力,其他力仅只是这种力的不同表现形式。20世纪初,爱因斯坦破除了牛顿的引力论中超距作用观念,把场的观点引进引力理论而创立了广义相对论(1916)。其后不久,便出现了以统一引力场和电磁场为目标的统一场论研究热潮,而当时人类知道的基本相互作用只有引力作用和电磁作用,所以爱因斯坦倡导的是引力场与电磁场统一场论。

1、'共旋’假说对引力本质的探索

“关于引力的本质是什么?与牛顿同时代的惠更斯认为:引力不是物体本身固有的,而是物体机械运动的结果。而牛顿却认为:物体之间有吸引力,是物质固有的属性,这种力为宇宙间一切物体所具有,而且这种力的传递,不需要什么介质。他发现了万有引力定律;他发明微积分,以至用微分关系式来显示这种综合的定量表述。时隔250年后的1916年,爱因斯坦提出了崭新的引力场理论。他认为由引力造成的加速度,可以同其他力造成的加速度区分开来。这个命题就是爱因斯坦的等价原理,即一个加速系统与一个引力场等效。他认为牛顿所说的万有引力,根本不是什么引力,而是时空的一种属性。在这种成曲线的四维时空连续体中,根本不需引力,天体是按自己应有的弯曲的时空线路运行的。1918年爱因斯坦根据引力场理论预言有引力波存在。他认为高速运动着(加速运动)的物质会辐射引力,引力波就是这种引力的载体,就像光波是电磁力的载体一样。认为引力波的传播速度与真空中的光速相同。因此,引力波存在与否,是广义相对论的又一个关键性验证。但至今科学家还未能找到引力波。引力波是否确定存在?共旋引力波假说认为:引力波是确定存在的,物体之间相互作用力的传递是通过引力波实现相互作用的。”[1]

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伍岳明 <wbr>曹明富:运用物理方法探索爱因斯坦倡导的统一场论(上)

“物理学对于简谐量情有独钟,这缘于简谐量具有若干独特的性质。
……对于弹性系统的强迫振动的处理方法,就是其应用的一个典型。”[2]自旋的星球(如太阳、地球等)

1   杭州师范大学 男 (1944—),浙江兰溪人 副研究员《伍岳明个人网站》:http://sea3000.net/wuyueming

2   杭州师范大学 男 (1955—),教授浙江海宁人,Email:mfcao@hznu.edu.cn

运动之所以能亿年不停,就是这样一种非线性的有阻尼的自激振动弹性系统,若该自旋系统中有一质量 的质点,(见图1自旋系统的共旋示意图)当其绕转轴自旋时会产生一个向轴(心)力。该力作为自旋系统的周期性强迫力作用于系统的质点自身,该力的角频率也为,即 ,驱动力之幅值为:相位呈周期性变化,

                  图2.1 自旋系统的共旋示意图

因此该力呈周期性变化,因此该力可认为是以自转周期为周期的强迫力。系统在周期性外力作用下作受迫振动。该类系统可用范·德·波耳(Van der pol)方程来表述:

           (1)

其中 是一个小的正参量, 是常数; 为本征角频率(固有频率), 为外驱动力的振幅、 为外驱动力的角频率。自激系统在运动过程中伴随有能量损耗。但系统存在一种机制,使能量能够由非振动的能源通过系统本身的反馈调节,及时适地得到补充,从而产生一个稳定的不衰减的周期运动。对范·德·波耳方程,可“从机械振动角度理解, 是阻尼系数,它是变化的。如果,则阻尼系数为正,系统将受阻尼,能量将逐渐减少;但如果 ,则发生负阻尼,意味着不仅不消耗系统的能量,反而给系统提供能量。此系统能通过自动的反馈调节,使得在一个振动(或转动)过程中,补充的能量正好等于消耗的能量,从而系统作稳定的周期振动。”[3] 此时可视方程(1)中的 指的是图中的质点的分量。令:,则方程(1)为:                  (2)

式(2)第二项为阻力  ;第四项为周期性外力,在其作用下作受迫振动。

  ,整理(2)式得:   (3

即为受迫振动的微分方程。其解为:     (4)

式(4)说明,受迫振动是阻尼振动和简谐振动两部分所合成。开始振动时,系统的运动情况很复杂,经过一段时间后,阻尼振动部分衰减到可以忽略不计时,振动便达到稳定状态(即剩下(4)式的第二项)。此时受迫振动的振动方程为:   (5)

因而可视为简谐振动。其简谐量:频率为周期性外力频率 ,其振幅 和初相 分别为:   和              (6)

显然出现共振峰的频率条件是周期性外力频率 及相应的共振峰高度 为:

                          (7)

由此可见,共振频率 并不等于本征频率 值,而是稍小一些,阻尼因素越小,则 值越靠近 ,峰值 也越大,且共振峰越加尖锐。在弱阻尼条件下,有:

,                        (8)

由于此时共振峰非常尖锐,当外来激励频率在 附近稍有改变,将导致振幅响应有显著变化。位移函数的初相位 反映了位移  与驱动力之间的相位差,位移变化总是落后于驱动力的变化,当 时,恰巧有  。“由位移函数式(5)得到速度函数,其中: ,    (9)

速度幅值 的共振频率正好严格地等于本征频率 值,这时速度函数与激励函数的相位也恰巧为零,即 ,这表明 完全同步,乘积 表示瞬时功率,那  意味着驱动力对系统时时做正功,向系统输送或转移能量的效率最高。”[2]

由于自旋星球中质量 质点自旋时有向轴力。该力作为周期性强迫力作用于质点自身, 及 ,故有:整个系统的总向轴(心)力振幅为: ;     (10)

即:  ;

∵ ;  ∴ ;         (11)

由此可见,一个自旋的系统,系统中每个质点的向轴(心)力, 就是自旋系统周期性强迫力作用于系统质点自身,使系统共振,会产生振幅周相,由于向系统输送或转移能量的效率最高,因此共振状态的自旋系统会从自转轴中心始发出频率与自旋频率相同,位移振幅为:的引力波。

自旋星球系统发出的引力波在球面坐标中,振幅系数 ,不再是一个常数,与场点的位置有关,球面波振幅系数,引力波在空间任一点的引力势能,即(5)式为:。              (12)

由于势能是质点位置的函数。质点位移,意味着势能函数的自变量代表点的位移;标量场的梯度 是相应力场(引力场)的表现形式,的模与引力 的模相等,方向相反。即:

;     (13)

即可得:        (14)

该力为共旋(振)力,可称为膺力(复制力),也称之'惯性力’。因每个质点的自我复制只有一次,而整个自旋系统的质量是系统各质点质量之和,故可将系统质量称之'惯性质量’,这也是'惯性本质’之所在。由此可见自旋系统质点的自我复制功能是大自然的本能,自旋系统中每个质点的向轴(心)力的自我复制只有一次,因此会有惯性质量与引力质量相等的等效原理;因此自旋的星球会有科里奥利力的出现,它并非虚拟,是由自旋系统质点向心力的自我复制形成的真实力。我们的宇宙是个左旋的宇宙,也只有左旋的部分能够经'自我复制’显现其粒子质量(能量),显现出宇称不守恒的现象。因此有了“上帝”是个“左撇子”的说法。

(14)式中为星球的自转角速度; 为自转星球轴心离考察质点的距离; 为引力波传播速度,即光速; 为时间。 为自转星球球面引力波波动振幅: ,式中的 为自旋星球的半径; 为自转星球的质量; 为自转星球的内禀系数。

(14)式为'共旋’物质波的力(引力、电力)公式,式中 为力的振幅,振幅与星球质量、与星球自转速度 成正比。与星球内禀系数 成反比。可见每个自旋星球均为引力波源,太阳自转角速度为: 太阳引力波的波长为:;故太阳系八大行星均在太阳引力波波长之内。

用实验总结出的牛顿定律中单位质点在引力场中受力为: ;对照(14)式,则: ;    (15)

'共旋’引力波理论认为:牛顿定律中的引力常数,并非常数,应是一个时空的函数。由于太阳系中自转星球的自转角速度 很小,故(15)式中第二项可或略不计。 设引力常数: ∴ ;∴自旋星球球面坐标系统对考察点(空间任一点的引力势能为:    (16)

'共旋’引力波理论的公式与德布罗意的物质波理论相似,认为任何运动着的物体都伴随着一种波动,而且不可能将物体的运动和波的传播分开,这种波称为相位波。式(16)为引力波的势能(位移)波动方程;意味着自旋星球的引力波对空间位置质点的位移能,是该能量使该位的星球作轨道运动和自转运动。由于该能量还未被人们所认识,因此可称此能量为暗能量。同理自旋星球系统对 质点的引力为:

  (17)

(17)式说明引力作用的物质波形式。它是动态的、瞬时的、以光速传播的作用。不同的星球发出的不同的引力波;若二列波同时传播到某一点,若是相位相同则会发生合成现象。日全食前后的两个异常重力场低谷现象,就是日、月发出的二列引力波合成之结果。

(17)式展开,运用两角差的三角函数公式得:

    (18)

太阳系星球的自转角速度都较慢,当 时,则太阳引力场对 远 单位质点作用力(18)为:。应用三角函数幂级数展开式:

则: ,令 ;则有:    (19)

(19)式为“共旋”引力波理论的“后牛顿力”表达形式,运用该式能对爱因斯坦提出的三大预言(水星进动、光线偏转、引力红移)进行定量计算,计算值与实测值均有较好的符合。[4]

2、'共旋’假说对电力本质的探索

人类对电现象的认识可追溯到公元前六世纪的希腊,当时,米利都的泰勒斯已经知道摩擦了的琥珀会吸引轻小物体。我国古代也很早发现摩擦起电现象,如东汉初年,在王充的《论衡》中就有文字记载。直到十八世纪,法国的杜费发现自然界中存在两种不同的电,并证明了两种电的同性相斥、异性相吸性质。提出了对电本性的“双流说”认识。与杜费的理论假说相反,美国的富兰克林提出了“单流说”。后来,英国的法拉第又提出“运动说”,他提出电是运动的一种特殊形式的假说。'共旋’假说提出电力本质与引力本质相同,系'共旋’运动所致,具体叙述如下:

(14)式为'共旋’理论从引力本质推导得出的引力(电力)作用的物质波形式,式中第一和第二部分分别为余弦函数和正弦函数,应用二角差的三角函数公式展开分别得:

          (20)

           (21)

根据爱因斯坦的引力波与电磁波都以光速传播的理论,将 代入公式(20)和(21)式可得:        (22)

     (23)

将(22)、(23)式代入(14)式得:    (24)

(24)式就是牛顿的万有引力公式,是物体的相互作用力的普适的公式。它概括了人世间显现的物体间的相互作用,但它忽略了时间过程。共旋理论认为描述物体的相互作用过程必须用时间来表述。(14)式就是有时间过程表述的宇宙公式,该式得第一部分是描述物体的引力相互作用过程,描述的引力波有严格的周期性,在时间和空间上都是无限的。第二部分是描述电力相互作用过程。从(23)式可见,它描述的电磁波是局限于有限的空间中,在有限的时间内发射。即有:            (25)

         (26)

(26)式为描述电力作用公式。由于“共旋”态下的速度函数与激励函数的相位差为零, 完全同步,意味着驱动力对系统时时做正功,当 即起电时,质点的运动速度将很大,理论值为无限大,此时系统中若是金属导电物质,内部的电子将脱离原子核的束缚,在趋附金属表面的同时,使系统不同的时空位置呈现出不同的电荷性质,呈现出类似太极图形式的电偶极子。起电时的,将波动振幅:代入(26)式,则有:       (27)

(27)式可理解为:自旋星球对周围空间不仅有引力场,还有电力场,导电体星球还会发出电磁波。应用三角函数幂级数展开式:,则(27)式应为:            (28)

2008年,中国基础科学杂志的探索争鸣专栏刊载陈永明的《质电类比当量和引力波》的文章。陈永明认为:“库仑定律和万有引力定律具有完全相同的形式,因而我们可以借用库仑定律来计算两质点间万有引力的大小。引力质量分别为 、的两质点,它们间的引力为:而借用库仑定律计算时,令: , ,“ ”是被引入的比例常数,代入库仑定律:;由于F≡F′,所以:;即得到:。”;将有关数据代入得:

         (29)”

陈永明将定义为质电类比当量,的含义究竟有哪些呢?常数 是否具有现实意义呢? 中国基础科学杂志社的编者按指出:“……引力场和电场是不同的场,它们形成的磁场和引力磁场也应该是不同的场。作者虽然也认为它们是不同的场,但作者的思路是通过质电类比当量将质量转化为相当的电量,然后计算出引力磁场,这种思路是不准确的,它实际得到的是磁场而不是该文设想的引力磁场,因而其计算结果也就失去物理意义。本刊刊登该文,希望该文的一些创新思想能够得到进一步探讨、完善和发扬,通过讨论和争鸣,对于深入理解引力以及引力波的性质有所借鉴和帮助。”[5]

'共旋’理论认为引力不会产生磁场,只有运动的电荷才能产生磁场。认为不同物质结构星球有不同的内秉系数。非导电体物质结构星球的自转运动会产生引力波,导电体物质结构星球的自转运动不仅会产生引力波还会形成电偶极子星球产生电磁波。

电偶极子是两个相距很近的等量异号点电荷构成,距离lP的方向规定由-q指向+q。电偶极子在外电场中受力矩作用而旋转,使其电偶极矩转向外电场方向。电偶极矩就是电偶极子在单位外电场下可能受到的最大力矩,故简称电矩。如果外电场不均匀,除受力矩外,电偶极子还要受到平移作用。电偶极子产生的电场是构成它的正、负点电荷产生的电场之和。28)式为导电体物质结构星球的自转形成电偶极子星球产生电力的公式。'共旋’理论设定:引力常数为:;设定库伦定律的比例系数 的公式相似,不同的是 数值的改变。因此(28)式的电偶极子星球产生正负电荷产生电力的公式为:

       30

式中 为电子电荷的静质量,与星球质量 相比可或略不计。30)式表明星球带电量与星球自转速度有关,故自旋星球实际的带电量为::则电偶极子星球的电力公式30)式应写为:        31

 

http://blog.sina.com.cn/s/blog_49905be30102ewy7.html 

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