以太与质能方程摘要 假设以太存在，并且物体的运动质量是从以太中获得的，可以用经典理论自洽地说明质能方程的物理意义。 关键词：以太，质量，能量，质量亏损 1. 两个假设 1.1. 假设以太存在 假设以太的存在主要有两个原因： 第一，19世纪的绝大多数科学家都承认以太的存在，如果没有确实的证据，不会有如此多的科学家承认它。爱因斯坦是否定以太的旗手，但是，1926年的爱因斯坦还专门写了一篇《论以太》而承认它的存在。 第二，否定以太的证据并不充分，主要包括如下三个原因： A. 迈克尔逊实验。这个实验只能证明光速各向同性，或者说以太相对地球静止，但并不能否定以太的存在。空气能够相对地球静止，为什么以太不能？ B. 光是横波，而流体不能传播横波。但是，光是横波吗？根据横波的定义，自然界中根本就没有横波，即使是教科书中的绳波，其质点也存在与波的传播方向平行的运动（质点如果没有与传播方向平行的速度矢量，波是不可能传播的），水是流体，但水面波同样存在所谓的横波特征。有一位知乎网友SiCo发表了题目为《物理之美——终极理论的序章——基于以太的电磁波模型》的文章，他在文中写到：“当我看到这个基于以太的模型的时候，一下子被震撼到了。这解释了我若干天以来对电磁波的若干困惑：电磁波的形状，电磁波怎么传输，磁场和电场到底什么关系，电磁波为什么没有能量耗散，电磁波的方向，所有的问题，被这个模型一下子就解决了。这个基于以太的电磁波模型，实在是太美了！这就是物理的美，甚至胜过数学的美！用一个形象驱动，远胜过用一堆算式去推导”（这个模型的网址是：https://www.zhihu.com/zvideo/1314654672141819904）。 如果定义波的偏振度P= a/b（a表示质点垂直于波传播方向上的振幅，b表示质点垂直于波传播方向上的振幅），则P= 0时就是纵波，而P为无穷大时为横波，流体中波的偏振度小于或等于1。 C. 以太为什么不影响星体的运动。如果以太是绝对静止的，以太肯定会影响星体的运动，但是，如果以太与星体同步运动，以太还会影响星体的运动吗？但是如果物体的质量很小或者大质量的星体不是周期性的轨道运动，以太就会对它们形成阻力。星体与以太的关系是：大质量的物体引领以太的运动，但以太能够影响小质量物体的运动。例如，地球轨道中的以太与地球同步绕太阳运动，但以太能影响近地卫星的运动，近地卫星的空气阻力系数大于1（高度越高阻力系数越大），而且与卫星的厚度和密度有关（空气的阻力系数不大于1，且只与外形有关）就是最好的证明。 1.2. 假设物体的运动质量是从以太中获得的 任何在空气中运动的物体，其前面总有波的存在，当物体的运动速度与波的传播速度可比拟时，前面的波就会变为激波，在空气中，一般激波的厚度小于200纳米，但密度可以达到空气密度的数倍。 对于宏观物体，很薄的空气激波层增加不了多少质量，也就是说，附加在物体上的空气质量与物体本身的质量相比是可以忽略不计的。但是，如果承认以太的存在，当微观粒子在以太中运动时，对于微观粒子来说，这个激波层的质量相对粒子的质量就不能忽略了，它甚至可以超过粒子静止质量的数倍。 由于可以把微观粒子与激波视为一体，因此，可以认为物体的运动质量是从以太中获得的。 2. 质量与能量 2.1. 定义 质量是指物体中所含物质的量，在国际单位制中是千克（kg）。在物理学中，是指量度物体惯性大小的物理量，在数值上等于物体所受外力和它获得的加速度的比值。 在物理学中，能量是描述一个系统或一个过程的量，用来表征物理系统做功的本领。单位与功的单位相同，在国际单位制中是焦耳（J）。能量以多种不同的形式存在；按照物质的不同运动形式分类，能量可分为机械能、化学能、热能、电能、辐射能、核能、光能、潮汐能等，例如，动能是物体由于运动而具有的做功能力，可以表述为E= 0.5mv2，其中，m就是物体的质量。这些不同形式的能量之间可以通过物理效应或化学反应而相互转化 。 根据定义：质量与能量是两个完全不同的物理概念。质量是物质的量，不存在没有质量的物质。能量是物质的运动，没有物质能量无所依，没有无物质的能量。 2.2. 质能关系的推导 在我们的常识中，质量和能量是两种完全不同的属性，但爱因斯坦认为，质量和能量其实就是同一种东西，质量和能量是可以互相转换的，甚至他还将这种变化用方程表述出来，这就是大名鼎鼎的质能方程E= mc2。 下面我们看看质能方程是如何推导出来的。 根据洛仑兹变换 于是，就能得到质能方程：Ek=∆mc2。 可以看出：能量就是对物体运动的描述，没有运动就没有能量。 m0c2只是数学推导过程中的一个项，并没有物理意义，更不代表物体的静止能量。 2.3. 动质量的来源 从质能方程的推导过程可以看出：除洛仑兹变换外，其他的过程都是经典理论，并没有不符合经典物理的地方，所谓的能量就是物体运动产生的，没有物体的运动就没有能量。问题的关键是动质量是从哪里来的，不把这个问题说明白，就谈不上质量和能量是等价的。 运动物体的惯性质量增加是实验事实，但不同的理论有不同的解读。由于主流不承认以太的存在，把动质量解读为能量，但这有悖于我们的常识：能量是不可能有惯性质量的，而且谁也无法证明能量有惯性质量！如果我们承认以太的存在，就可以把运动质量解读为附加在运动物体上的激波质量！ 可见，质量与能量并不是等价的，因为它违反了我们对能量和质量的定义，如果承认以太的存在，物体运动时所增加的质量就是激波的质量，完全可以用经典理论解释，而且质能公式Ek= ∆mc2也是正确的，因为激波是阶梯波。 2.4. 质能方程的物理意义 质量方程的提出具有划时代的意义，但是，物理学界对它进行了过度的解读，静止的物体是没有能量（指动能）的。实际上，当粒子在以太中运动时，除了它本身的动能外，以太介质中也具有能量，质能方程描述的是当粒子高速运动时，以太介质中所具有的能量。 A. 当粒子低速运动时，可以不考虑激波，但需要考虑粒子的波动。粒子在以太中的运动与宏观物体在空气中的运动类似，任何宏观物体在空气中运动时，都会产生振动，最明显的是旗帜，当旗帜在空气中运动时，旗帜两边的空气涡流一左一右有规律地脱落，从而导致旗帜的波浪状态。当微观粒子在以太中运动时，粒子也会一左一右地摆动，从而导致粒子的波浪式前进，其波长为λ= h/mv，其频率为f= mv2/h，这就是德布罗意所说的物质波，而且经过了实验的证明，粒子波浪式前进的原因是以太对粒子的阻碍引起的。由于粒子的波动可以引起以太的波动，这个波动通过以太传播出来，就是粒子运动产生的能量，其动能可表示为：Ed=0.5mvd2，其中vd表示粒子的横向速度。可见，当粒子低速运动时，激波可以忽略，没有激波就没有运动质量，质能方程也不成立。 B. 当粒子高速运动时，这时必须考虑激波的影响，但粒子的波动可以忽略，因为它的幅度很小。由于粒子与激波如影随形，我们可以把激波看作是粒子的一部分，但是，如果粒子突然减速或转弯，激波并不会立即消失，而是会脱离粒子并继续在介质中传播。质能方程的物理意义是：粒子的总动能为∆mc2，其中，∆m就是激波的质量。 3. 质量的亏损 3.1. 原子核的组成 原子是由原子核和核外电子组成的，但原子核是由什么组成的？主流认为是由质子和中子组成的，质子与中子通过核力结合在一起。但是，核力是什么力？为什么它有如此独特的性质？假设核力具有电荷无关性，那么，质子和质子、中子和中子及质子和中子之间的核力应该是相同的，如果质子与中子之间没有区别，为什么没有两个质子的原子核？也就是说，氦2应该很稳定，因为核力远远大于电斥力，如果氦2不存在，那就说明核力小于电斥力，或者说核力不存在。 在发现中子以前，人们认为原子核是由质子和电子组成，这种理论和实验符合得很好，但1930年物理学家博特和贝克尔发现了铍辐射（当用氦核轰击铍核时出现的一种辐射，它的穿透本领极大），1932年，查德威克首先用中子来解释它，随后，人们就认为原子核是由质子和中子组成的。但是，谁又能确定中子不是由质子和电子组成的呢？因为中子衰变后产生的就是质子和电子。 唯一证明中子不是质子和电子复合物的证据，并不是实验，而是爱因斯坦的质能关系理论：复合粒子的内能，或者是复合粒子的质量一定要小于它的组分的质量。意思就是说现在你有两个馍，你把他俩穿在一起，他俩的质量必定要小于两个馍的质量，如果大于或者等于的话，两个馍的结合是不稳定的，或者说很难结合在一起，因为系统总是倾向于跑到更低的能量状态。但是，如果爱因斯坦的质能关系理论并不正确，或具有一定的应用范围，这个证据也就不复存在了。如果最后证明中子确实是由质子和电子组成的，就可以证明质能关系是错误的或对中子不适用。 本文认为，原子核是由质子与电子组成的，是通电磁力结合在一起的，自然界中的基本粒子很可能只有以太粒子、电子、正电子这三种，质子可能是由正电子和以太粒子组成的，中子可能是由质子和电子组成的，μ子可能是由电子与以太粒子组成的。基本粒子必须是稳定的，不稳定的粒子不能称为基本粒子。光子是以太中的波，它并不是粒子，只是具有粒子的部分特征。 3.2. 质量亏损的原因 如果原子核是由质子和电子组成的，由于电子是基本粒子，其质量不会减小，但为什么质子单独存在时的质量大呢？主流是用质能方程解释的：亏损的质量变成了结合能。但是，结合能是什么能量？按照经典理论，结合能应该属于势能的范畴，是一种负能量，如果质能方程成立，其质量应该是负质量，但经典理论是不允许负质量存在的。当两个原子核结合在一起时，质量亏损是实验事实，是毋庸置疑的，但如何用经典理论解释呢？ 我们知道，原子核的合成是通过高速碰撞产生的。在宏观的世界里，任何两个物体的高速碰撞，其碰撞后的质量也一定比这两个物体的质量小，因为高速碰撞的物体总是有一部分物质变为气体，但总的质量是守恒的。如果质子不是最基本的粒子，而是由正电子与以太粒子组成的，那么，原子质量的亏损在经典理论中也是可以理解的，一部分物质从固体变为气体的过程就是能量的产生和施放的过程。例如，在GW 190521事件中，天文学家根据数据计算发现，两个黑洞的质量分别为太阳的66倍和85倍，二者相撞后产生了一个质量是太阳142倍的黑洞，质量亏损为9个太阳质量，但亏损的质量并不是变为能量，而是变为气体并在以太中产生巨大的冲击波，当这个波通过以太传播到地球时，称之为引力波。我们对质子的组成并不了解，如果质子在核反应过程中真的有气体产生，完全可以在经典理论的框架内自洽地解释原子的聚变和裂变。 质量亏损最明显的例子是湮灭，我们的教科书中明确指出：当正负电子相遇时，电子湮灭并放出一个能量为1.02 MeV的γ光子，但是，光子是什么？如何定义和测量一个光子？为什么正负电子相撞产生的能量与正反质子相撞具有相同的数量级？如果用经典理论同样可以得到自洽的解释：当正负电子相遇时形成正负电子对，电子并不会消失，而是把电场能转换为机械能，其过程为：正负电子在电场力的作用下相撞，必然会引起电子的振动，这个振动在以太中的传播就是光，与宏观物体具有相似的过程，在空气中称为声，在以太中称为光。从实验中所得出结论是：正负电子与正反质子相遇时所产生的能量相差并不大，说明经典的解释比质能方程的解释更符合事实。 物质不灭定理是经过很多实验证明了的，物质不仅从数量上是不灭的，它从质量上也是不灭的。物质本身具有不断转化的能力和条件。任何个别事物都不是从“无”中产生的，而是从它物转化而来的，事物的灭亡也并非变为“无”，而是转化别的物质形态，但我们不可能检测到所有的物质形态。因此，质量转化为能量是不可想象的。 3.3. 核弹的能量 人们公认核聚变反应释放能量是质量转化为能量的典型例子。但是，质量是如何转化成能量的呢？其主要理由就是爱因斯坦提出的质能方程E= mc2，但这个方程只是一个数学表达式，并没有物理过程，氢弹已经爆炸70多年了，但学界仍然不能给出能量的转换过程。 本文认为：核弹与普通固体炸弹的爆炸，在原理上并没有太大的区别，都是某种物质由固体变为气体的过程，这个变化的过程越快，所表现出来的威力越大。爆炸的能量E与固体物质的质量m成正比，与气体粒子炸速v的平方成正比，这里定义气体粒子的炸速为v2= E/m。例如，1公斤TNT爆炸的能量为4.2 MJ，则它的炸速定义为2.05 km/s，1公斤铀235的爆炸的能量为8.2x107 MJ，则它的炸速定义为9055 km/s。需要说明的是：任何能量的产生都不存在质量的亏损，物质存在的形式只是从一种状态变化成另一种状态，物质的质量并不发生变化，变化的只有粒子的速度。 所谓的爆炸，实际上就是气体的产生和膨胀过程，一般分为物理爆炸和化学爆炸，但是，无论任何爆炸，必须有气体的产生，没有气体的产生就不能称为爆炸，例如，铝热剂的反应：2Al+Fe2O3→Al2O3+2Fe+828 kJ，尽管反应非常迅速，且放出很多的热量，但由于没有气体产物，没有把热能转变为机械能的媒介，无法对外做功，所以不能称为爆炸。核爆炸也是一样的，只是气体的产生速度和膨胀速度很快。 爆炸所产生的效果主要包括三个方面：一是爆炸产物的直接作用，指的是爆炸产生的气体的直接冲击，它只在爆炸中心的近距离内起作用，二是外壳破片的分散杀伤作用，三是冲击波，它是爆炸时最主要的破坏作用。 任何爆炸，介质都会对爆炸效果起到决定性的作用，例如，在鱼雷经过舰艇的龙骨下方时爆炸，产生的空泡效应会将整艘船抬起又重重落回水面，两侧浮力加上中间的空泡效应会将整艘船折断，鱼雷产生的能量被数十倍地放大。如果普通炸弹在真空中爆炸，其威力将会大打折扣。核弹也是一样的，它在空气中爆炸时，其主要威力是空气的冲击波，核弹在真空中爆炸时，其主要威力是以太中的冲击波，如果没有以太作为介质，它在真空中爆炸的威力也会大打折扣：任何频率的光都不会产生，只有核弹中的物质碎片在真空中飞舞，其能量表现为各种碎片的动能之和，对其他物体的破坏作用大减。以太不仅对核弹的威力具有决定性的作用（空气中的能量是通过以太传递的），它对于普通炸弹也存在一定的作用，其中的光就是以太中的波，但普通炸弹不能在以太中引起冲击波。 4. 结论 当微观粒子在以太中高速运动时，质能方程成立，但粒子在低速运动时不成立，因为没有激波。质能方程的物理意义是：粒子（包括激波）的动能等于激波的质量与光速平方的积。如果粒子突然停止，激波将会脱离粒子在以太中继续以光速传播，并且其能量不变，这就是轫致辐射。在任何情况下，物质是守恒的，质量与能量不能相互转化。 |
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