空间力学：一种适合天体计算的力学体系

空间力学：一种适合天体计算的力学体系
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赵建明

摘 要：所有物质都是由不可分割的基本粒子组成，宇宙场通过以太对基本粒子产生空间之
力。空间之力的大小与基本粒子排开的以太数量有关，方向垂直于基本粒子表面。作用于物
体的空间之力分为物体内部的空间之力和物体表面的空间之力，作用于物体表面的空间之
力，在宏观上决定了天体的自转和公转运行。空间力学在计算上与牛顿万有引力等效，但与
万有引力有根本性的区别，证明万有引力常数 G 是与密度相关的变量。空间力学是继牛顿
万有引力和爱因斯坦广义相对论之后，以全新角度解释引力的新的力学体系。
关键词：空间力学；万有引力；天体自转；天体运行
中图分类号：O415 文献标志码：A

Space mechanics：A new mechanical system

ZHAO Jian Ming
Shanghai Boonbay Investment Management Co.，Ltd, shanghai 200125, China
Abstract：All matter is made up of indivisible elementary particles, and the cosmic field creates
SpaceForce on the elementary particles through the aether. The magnitude of the SpaceForce is
related to the number of aethers that are dispersed by the elementary particles, and the direction is
perpendicular to the surface of the elementary particles. The SpaceForce acting on an object is
divided into the SpaceForce inside the object and the SpaceForce on the surface of the object, and
the SpaceForce acting on the surface of the object determines the rotation and revolution of the
celestial body on a macroscopic level. Space mechanics is computationally equivalent to Newton''s
gravitational force, but it is fundamentally different from gravitational force, proving that the

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作者简介：赵建明（1967-），毕业于中国人民大学，从事理论物理、天体运行方面的研究。
2
通信作者：赵建明，13671945996，Email:[e-mail].
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gravitation constant “G” is actually a variable. Space mechanics is a new mechanical system that
explains gravity from a new perspective after Newton''s gravitation and Einstein''s general relativity.
Key words：space mechanics；universal gravitation; celestial rotation; celestial movements




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1 引言
现代物理学对引力的解释有两种，一种是艾萨克?牛顿的万有引力理论，牛顿 1687 年在
《自然哲学的数学原理》第三卷中写道：“最后，如果由实验和天文学观测，普遍显示出地
球周围的一切天体被地球重力所吸引，并且其重力与它们各自含有的物质之量成比例，则月
球同样按照物质之量被地球重力所吸引。另一方面，它显示出，我们的海洋被月球重力所吸
引；并且一切行星相互被重力所吸引，彗星同样被太阳的重力所吸引。由于这个规则，我们
必须普遍承认，一切物体，不论是什么，都被赋与了相互的引力的原理。因为根据这个表象
所得出的一切物体的万有引力的论证 ……”。牛顿由此得出了著名的万有引力公式。
另一种解释引力的是阿尔伯特?爱因斯坦的广义相对论，于 1 9 1 5 年完成， 1 9 1 6年正式
发表。广义相对论首次把引力场等效成时空的弯曲，并认为处于引力场中的物体沿测地线运
动。
尽管牛顿和爱因斯坦都解释了引力，但在具体的天体运动计算方面仍然以牛顿的万有引
力定律为主，而且，牛顿也很好地解释了当时已经熟知的开普勒三大定律。但广义相对论的
一些结论并非是牛顿定律在接近光速时的应用，比如黑洞。在笔者看来，牛顿和爱因斯坦在
解释引力方面并不一致。牛顿提出了万有引力定律，但并不能解释引力产生的原因，爱因斯
坦解释了引力产生的原因是物质（能量）引致的时空弯曲所致，但对于引力的大小并不能计
算。
本文提出一种新的力学体系----空间力学，对引力进行全新的诠释。该力学体系是对牛
顿万有引力的拓展，并得到天体运行观测数据的很好验证。
2 空间力学原理
2.1 空间之力与物体的形成
宇宙本身是一种场，宇宙场中弥漫着一种至轻至微的物质以太，宇宙场通过以太产生空
间之力并作用于物质。基本粒子是构成所有物质的最小至密单位，它不可分割，在所有物质
中密度最大。
基本粒子经碰撞相互结合形成较大粒子，较大粒子碰撞相互结合形成更大粒子，直至形
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成各种尺度的物体。物体都是由不可分割的基本粒子组成。宇宙场通过基本粒子排开的以太
以空间之力作用于物体。
由于基本粒子的大小是一定的，因此基本粒子组成的特定物体的体积和面积都有一定的
范围。理论上讲，一定数量基本粒子形成的物体可以有各种形状，但在空间之力的作用下，
基本粒子组成的物体倾向于以较小的外切面积或较小的体积存在，也就是倾向于以球体存
在。
因此，我们所观测到的自然形成的独立物体，包括粒子和天体，大都以球体或接近于球
体存在。
2.2 空间之力的大小与方向
宇宙场通过基本粒子排开的以太以空间之力作用于基本粒子表面，空间之力的大小与基
本粒子排开的以太数量多少有关，空间之力的方向垂直于基本粒子的表面。如果基本粒子的
形状不标准，对于基本粒子整体而言，空间之力的方向实质上是指向基本粒子的质心。与此
同时，基本粒子也反挤压着周围的以太，基本粒子排开的以太在这种反挤压力的作用下以球
形向外部空间均匀地扩散。因此，离基本粒子越远，空间中的以太密度越小。
宇宙场通过基本粒子外部空间的以太产生空间之力，我们把包围在基本粒子外部空间的
空间之力称为基本粒子的空间力场，处于其中的其他物质将受到空间力场的作用。由于离基
本粒子越远空间中的以太密度越小，因此离基本粒子越远，宇宙场通过以太产生的空间之力
的力度也越小。但无论离基本粒子多远，空间之力的方向始终指向基本粒子的质心。
2.3 物体内部和物体外部的空间之力
作用于物体的空间之力可以分为两部分，一部分作用于物体内部，其余部分作用于物体
表面。这里的物体表面指的是组成物体的最外层基本粒子的外切面，外切面以内的部分称为
物体内部空间，外切面以外的部分称为物体的外部空间。
4
????
对于物体内部的空间之力，直接作用于构成物体的基本粒子的表面，从而使物体保持稳
定的内部结构。而对于物体外部空间的空间之力，由于基本粒子排开的以太在基本粒子的挤
压下散布在物体的外部空间，从而形成物体的空间力场。物体外部空间力场的空间之力大小
与分布在物体周围的以太密度有关，力的方向始终指向物体的质心。
2.4 空间之力的计算
空间之力是物体内部基本粒子排开的以太所致，空间之力的大小与排开的以太数量有关。
由于基本粒子是组成物体的不可分割的最小单位，基本粒子内部没有缝隙，因此，基本粒子
排开的以太数量实质上就是基本粒子的体积，物体所受的空间之力总和可以以物体内所包含
的基本粒子数量乘以一个系数来表示，这个系数是常数。
设物体受到的空间之力总和为Fs，则有
Fs=μN （1）
其中μ 为常数，N 为物体所含的基本粒子数量。
现代物理学对质量有明确的定义，但无论对质量如何定义，质量单位都可以表示为单位
体积内的物质微粒数量，因此本文所指的物体所含的基本粒子数量与现代物理学所定义的物
体的质量等效。在空间力学计算方面，物体所含基本粒子的数量与物体的质量等价，在无法
确切知道物体内基本粒子数量的情况下，可以用物体的质量直接代替物体所含的基本粒子数
量进行计算。
3 空间之力与物体的密度
如果以物体单位体积内基本粒子的数量作为物体的密度，设密度为 ρ，物体的体积为
V，物体的半径为r，则
ρ=N/V （2）
=N/（4π /3）
5
??????????????????????????????????????????
=3N/(4π ) (3)
设物体受到的空间之力总和为Fs，则
Fs=μN
=μρV （4）
=4πμρ /3 （5）
4 物体表面的空间之力
由于物体内部空间有缝隙，所以物体受到的空间之力可以分为物体内部的空间之力
内
和物体表面的空间之力 。其中
表
=Fs(1-ρ) （6）
内
= Fs-
表 内
=Fs-Fs(1-ρ)
=Fsρ （7）
=μNN/V
=μ /(4π /3)
=3μ /(4π ) （8）
=4πμ /3 （9）
5 空间之力与物体的自转
空间之力作用于物体时，作用于物体内部的空间之力仅在物体内部起作用，对于物体整
体的宏观行为没有影响。对物体的宏观行为有影响的是作用于物体表面的空间之力。
如果物体是物质分布均匀且表面光滑的标准球体，如果没有其他物体的空间之力的影响，
物体自身产生的空间之力均匀地作用于物体表面，作用力的方向均指向球心，物体将不会产
生自旋或自转。但一般来说，物体并非是标准球体，物体表面也并非绝对光滑，作用于物体
6
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表面的空间之力将产生部分扭矩，从而使物体自旋或自转。按照牛顿力学的动能定理，空间
之力对物体做的功等于物体的角动能，设空间之力对物体做的功为W，则有
W= ? 4π （10）
表
=ζ3μ /(4π ) 4π
=3μζ /r （11）
=16 μ /3 （12）
这里ζ[Zeta]为系数，与物体表面的形状有关。
由于物体的质量与物体所含基本粒子数量等效，所以物体的角动能可以表示为：
Ek=1/2I =1/5N ，这里 I 为转动惯量。
由W=Ek 则有
3μζ /r=1/5N
=15μζN/ （13）
由 N=ρV=4πρ /3，
=15μζ4πρ /（3 ）
=20πμζρ （14）
由于 μ 是常数，从上式可以看出，独立存在的物体的角速度与物体的形状和密度有关。
物体的密度越大，形状越不规则，角速度也越大。
这只是理论上的表示。在现实当中，独立存在的物体比如天体，其自转角速度仍然受其
他天体的空间之力的影响，有时影响还比较大，比如月球和水星。但对于微观粒子来说，由
于其半径小，受到的其他物体的空间之力的影响则相对较小，公式计算的自旋角速度则可以
代表粒子的微观行为。
6 空间之力与天体
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6.1 天体引致的空间之力
设天体半径为 r,天体表面外部球形空间的半径为 R，天体表面受到的空间之力为
=Fsρ=4πμ /3=3μ /(4π )，外部空间半径R 处受到的空间之力为 FS，则有
表
Fsρ=FS4π （15）
FS=Fsρ/(4 ) （16）
=4/3πμ /(4 )
=μ /( ) （17）
=3μ /(16 ) （18）
注意，上述公式指的是外部空间质点处的空间之力，实质上表示天体外部空间任一空间
点处的空间力度。对于特定物体，假设物体所含的基本粒子数为 n，物体质心距离天体质心
距离为R，则物体所受的该天体引致的空间之力总和为：
F=μ n/( )=3μ /(16 ) （19）
对于特定天体来说，N、ρ 和 r 是一定的，由上式可以得出，外部空间半径 R 一点处所
受的空间之力FS 与 之积为一常数，我们称之为该天体的力学常数。
天体的力学常数=μ / （20）
???? ??????
= = （21）
???? ????
根据（20）和（21）式，我们可以认为，任何天体的大小和密度决定了该天体的力学常
数，同时也决定了该天体对其他物体的空间影响力。由于天体中所含的基本粒子数量等效于
天体的质量，因此天体半径一样时，大质量天体的空间影响力更大。
对于特定天体来说，天体外部空间任何一点的空间力度与该点到天体质心的距离的平方
成反比。
FS=该天体的力学常数/ （22）
8
??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????
其中，R为空间点到天体质心的距离，力的方向指向天体质心。
6.2 天体空间力场中的空间加速度
设天体所含的基本粒子总数为 N，天体半径为 r，处于该天体力场中的物体所含基本粒
子总数为n，物体与天体的质心距离为R，物体在天体的空间力场中所受到的空间之力为F。
由公式（19）可知：
F=μ n/( )=3μ /(16 )
天体的空间之力作用于物体，会使物体产生空间加速度，设空间加速度为 η，由于物体
的基本粒子总数与物体的质量等效，根据牛顿第二定律，则有 F=nη，
η =F/n
=μ /( )
=3μ /(16 ) （23）
上述公式表明，物体在天体的空间力场中的空间加速度等于物体质心在天体外部空间位
置处的空间力度。当物体在天体表面时 R=r，则有
η=μ r/3 （24）
=3μ /(16 ) （25）
6.3 两个天体的相互作用
某一天体的力学常数决定了对其他天体的空间影响力，不同力学常数天体的空间影响力
不同。这意味着，即使在同一星系，力学常数大的天体对力学常数小的天体空间影响力更大
些。这一点与牛顿的万有引力有本质的区别。牛顿的万有引力是两个邻近天体互相吸引，双
方的引力大小相等，方向相反。而在空间力学体系中，相邻天体的空间力场相互独立，引致
的空间之力互相独立地作用于对方，且作用于对方的空间之力的大小不一样，空间之力的方
向始终指向自己的质心。
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设两个天体A、B 的半径分别为 和 ，所含基本粒子总数分别为 和 ，两者的质
心距离为R。由公式（24）F=3μ /(16 )，则天体A 对天体B 产生的空间之力为：
FA=3μ /(16 ) （26）
天体B 对天体A 产生的空间之力为
FB=3μ /(16 ) （27）
两者之比为
FA/FB=（ ） /（ ） （28）
= / （29）
其中 和 分别为两个天体的密度。
由此可见，在空间力学体系中，两个天体之间的空间之力与牛顿的万有引力有很大的不
同，天体间的相互作用力大小并不相等，而是与两者的密度成正比。
6.4 天体的运行轨道分析
利用本文的力学公式，可以计算分析行星、恒星运行的轨道。以太阳系为例，太阳系内
所有行星都处于太阳的空间力场中。由于天体所含的基本粒子数量与天体质量等效，以下计
算直接以天体质量代替天体所含的基本粒子数量。
设太阳质量为 M，太阳半径为 R，行星质量为 m，行星与太阳的质心距离为 d，由公式
（19）可知，行星在轨道任一点处受到太阳的空间之力为：
F=3μ /(16 ) （30）
行星在近日点 A 时与太阳的质心距离为 ，则行星在近日点处受到的太阳的空间之力
为 =3μ /(16 )。我们假设太阳静止不动，行星在近日点 A 处的速度为 ，
速度方向与 方向垂直，此时可以使用向心力公式。为保证数值计算的一致性，在向心力
公式中引入向心力系数 J，这个系数为常系数，可以测定其数值，则有
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????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????
= /
= /m=3μ /(???? ) (31)
在太阳空间之力的作用下，行星以变减速运动运行至远日点 B 处。设此时行星与太阳的
质心距离为 ，行星在远日点受到的空间之力为 =3μ /( ???? )。行星在远
日点B 处的速度为 ，速度方向与 方向垂直。根据向心力公式可得：
= /m=3μ /16 ) (32)
根据公式（31）和（32）可得：
???? ??????
???? =???? = = =太阳力学常数 （33）
???? ????
或
???? ??????
= = =
????
根据公式（33）可知，行星在近日点和远日点的速度只与行星和太阳的质心距离有关，
任何行星包括周期彗星都是如此。在太阳空间之力的作用下，行星自远日点 B 处开始，以变
加速度运动又重新运行至近日点。
我们可以把行星在近日点和远日点的运行规律推广到行星轨道的任意一点。设行星的运
动速度为→，行星受到太阳的空间之力为→，两者之间的夹角为 θ，行星与太阳的质心距
离为d。行星的运动速度→可以分解为与→ 共线和垂直的两个分量，可知与→ 垂直的速
度分量大小为 。
根据公式（30）F=3μ /(16 )和向心力公式可得：
F=3μ /(16 )= /
整理可得：
???? ??????
???? = = =太阳的力学常数 (34)
???? ????
这是太阳系所有行星的普适方程。
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????
??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????
设行星公转角速度为 ω，有 = ，代入（34）式可得：
??????
????
= = =太阳的力学常数 (35)
????
????
????
如果用行星公转周期T 来表示角速度，则有 = ,此时的角速度是行星公转一周的
平均速度，而 则为行星公转一周与太阳的平均质心距离，此时 = 。代入（35）式 ：
????
= = =太阳的力学常数
???? ????
整理可得：
????
= = （36）
???? ????
或
????
= =
???? ????
这便是开普勒第三定律的公式表示。
（34）(35)（36）式同样适用于宇宙中的其他星系。只要知道了星系核心星体的质量和
半径，我们就知道了围绕该星体公转的所有星体的运行规律。
6.5 μ 常数与万有引力常数
μ 常数是一个所有星系都适用的普适常数，根据公式 F=3μ /(16 )和牛顿的
万有引力公式F=GMm/ 可以得出 μ常数与万有引力常数 G之间的关系。
F=3μ /(16 )=GMm/ ，可得
????
G= = （37）
???? ????
由于 μ 值恒定不变，由上式可知，万有引力常数并非是真正不变的恒常数，它的数值
与星系中核心星体的密度成比例。对于不同的星体运行系统，有着不同的万有引力常数。
举例说明，地球和月亮是一个星体运行系统，系统核心是地球，该系统的万有引力常数
取决于地球的密度；木星和它的卫星是一个星体运行系统，系统核心是木星，木星系统的万
有引力常数取决于木星的密度。太阳系也是一个星体运行系统，系统核心是太阳，太阳与行
12
??????????????????????
星的万有引力常数取决于太阳的密度。因此，如果用牛顿的万有引力公式来计算天体的运行
轨道，需要对万有引力常数进行调整。
7 空间力学的在天体计算方面的应用
7.1 空间力学体系中的量纲
空间力学体系中的计算公式本是无量纲或者说是数量计算，但现实测量中不可避免地
引入量纲，公式中的单位主要有质量千克、长度米和时间秒。正如前文所说，现代物理学无
论对质量如何定义，质量单位都可以表示为单位体积内的物质微粒数量，在空间力学计算时
如果用物体质量代替物体所含基本粒子的数量时，计算公式的量纲便会发生变化，此时空间
3
力学的量纲中“千克”等同于“米 ”，替换后可与现国际单位制中的量纲保持一致。
7.2 μ 常数及 J 系数的测定
????
公式（37） G= 表明了 μ常数和万有引力常数之间的数量关系，经综合测算，
????
?
?????
μ=1.52X???? 秒 ，μ常数也可称为 M常数、明常数或赵建明常数。
经测定，向心力系数 J= 0.983239638≈1。
2
按照公式（24）η=μ r/3可以计算出地球表面的空间加速度为9.8米/秒 ，与经典力
学的重力加速度一致。按公式（25）η=3μ /(16 )亦可计算出地球质量。
空间力学的所有计算表明，空间力学公式与地球现有参数完全相融。
7.3 月球相关参数的计算
2
我们知道月球半径为 1,737.1千米，月球表面重力加速度为 1.62米/秒 ，按照公式（24）
3 3
η=μ r/3可计算月球密度为 4290.26千克/米 ，即 4.29克/厘米 ，由此计算的月球质量为
22
9.419910 kg。
3
22
这与目前认为的月球质量是 7.34210 kg、密度是 3.34 克/厘米 有差距。但从目前
3
对获取的月球表面岩石比重测定来看，月球表面玄武岩的比重为 2.7-3.3 克/厘米 ，一般来
13
????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????
3 3
说，月球中心的密度要高于月球表面密度，所以月球密度 4.29克/厘米 要比 3.34克/ 厘米
更为合理。
7.4 太阳相关参数的计算
根据公式（36 ）：
????
= =
???? ????
月球绕地球公转，则有
???? 地 地 地
月
= =
????
???? 地
月
地球绕太阳公转，则有
???? 日 日 日
地
= =
????
???? 日
地
将上述两式相除，整理可得
地 月 日
日 = 地 （38）
地 月 地
太阳、月球和地球观测数据取自詹姆斯?特赖菲尔所著《太空全书》一书，平均距离为
近日（地）点和远日（地）点简单平均。数据如下：
轨道周期
远日（地）点 近日（地）点 平均距离
天体 天体半径
（km ） （km ） （km ） （地球日）
名称 （km）
太阳 696,295.00
地球 6,378.00 152,100,000.00 147,090,000.00 149,595,000.00 365.26
月球 1,737.10 405,696.00 363,300.00 384,498.00 27.32
代入（38）式可得：M 日=654,751.0630M地
24 30
地球质量为 5.96500010 kg，所以计算的太阳质量为 3.90559010 kg。由此计算的
3
太阳密度为2.762 克/厘米 ，太阳表面重力加速度是地球的 27.46倍。
空间力学计算的太阳表面重力加速度接近于以前 27.9 倍的计算结果，但密度和质量差
不多超过以往计算的一倍。如果太阳产生的重力加速度真的是地球的 27 倍以上，那么空间
14

????
????力学计算的太阳质量和密度应该接近于现实，我们很难想象一个气体星球会产生那么大的重
力加速度。
8 结论
本文根据空间之力的概念，建立起一套全新的力学体系----空间力学，它不仅解释了天
体自转的产生原因，同样解释了引力的产生。空间力学拓展了牛顿的万有引力定律，推导出
了适用于所有天体运行的普适方程。利用观测到的天体运行数据，可以推算出天体的部分参
数。

参考文献
[1] 赵建明，从粒子到天体--全尺度物质空间结构理论
http://www.360doc.com/document/24/0206/16/32147576_1113475577.shtml
[2] 詹姆斯?特赖菲尔，太空全书[M]. 北京：北京联合出版公司, 2014.
[3] 刘学富，基础天文学[M]. 北京：高等教育出版社, 2005

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