设为首页收藏本站

UFO探秘网

 找回密码
 网站注册

QQ登录

只需一步,快速开始

扫一扫,访问微社区

查看: 3439|回复: 0

万有引力的本质----全球最权威最详细的解释

[复制链接]
张祥前DS 发表于 2014-1-15 18:01 | 显示全部楼层
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本质上和两个质点的相对运动应该是一回事情。
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,
我们把万有引力的本质和时间、运动空间联系在一起,我们只要2个假设:
1,宇宙中任何一个静止的物质点【包括我们人身体】,周围空间都以柱状螺旋式运动,而空间的这种运动给我们人的感觉就是时间。
2,柱状螺旋式运动可以看成旋转运动和垂直方向的直线运动的叠加,我们进一步认为,时间就是观察者周围空间以光速辐射式运动给我们观察者的一种感觉。
根据以上2个假设,我们就可以很好解释万有引力定理。
讲到空间本身的运动,我们如何定性定量的描述空间本身的运动?
    一条直线,我们可以看则是由无数个点构成,一个平面我们也可以看则是由无数个点构成,同样道理,我们可以把三维空间看则是由许多个点构成,称之为空间几何点,或者叫几何点。几何点运动所走过的路线叫几何线。描述这些几何点的运动,就可以描述出空间的运动。
设想在某处空间区域里,存在着一个物质粒子O点,相对于我们观测者静止,我们以O点为原点,建立一个三维直角坐标系Oxyz,O点周围空间中任意一个几何点P在零时刻从O点出发,以光速c运动,经过一段时间t后,在t’时刻到达P点所在的位置x,y,z,也就是P点在t’时刻的空间坐标值x,y,z是时间t的函数,随时间而变化,由O点指向P点的失径为r【本文倾斜字母为矢量】。
   r(t) =(x,y,z,t)
   借助几何点概念,可以认为时间与几何点以光速c运动走过的路程成正比,因此有以下时空方程:
   r(t)  = ct【r】= xi+ yj + zk  
   式中【r】为沿r方向的单位矢量,i,j,k分别是沿x轴、y轴、z轴的单位矢量。
    将上式两边平方,结果为:
    r2  = c2t2= x2+ y2 + z2
以上方程在相对论中也出现过,相对论中被认为是四维时空距离,真实情况是时间的本质就是以光速运动的空间。三维空间其中任意的一维,只要以光速相对于我们观测者运动,我们就可以把这维空间叫做时间,相对论显然没有认识到这一点,这个就是相对论的缺陷。
以上的假设认为P点真实走过的轨迹是柱状螺旋式。
r = (H cosθ+ H sinθ+ ct )【r】 = ct【r】
只是在O点相对于我们观测者静止情况下,周围空间的运动是均匀的,许多类似P点的几何点旋转运动累加起来,由于相互抵消而为零。这个就如同磁场的高斯定理。
但是,如果我们只考虑一个单一几何点P点的运动,其螺旋式应该在方程中体现出来,如果认为时空方程r(t)= ct【r】= xi+ yj + zk 中 xi = 0,yj = 0,时间是几何点沿z轴运动产生的,也就是认为时间轴在z轴上,其数学表达式应该为:
    x = H cosωt                    
    y = H sinωt  
    z = c t
    以上的三维螺旋时空方程也可以用以下矢量方程表示,
    r = H  cosωt i + H sinωt j + ct k
    式中H是O点到P点的矢径r在xOy平面上的投影长度,ω是P点绕O点旋转运动的角速度,c是常数光速。由于O点相对于我们观察者是静止的,它周围空间的运动应该是均匀的,而且没有哪一个方向是特殊的,因而ω、H应该是常数。
如果认为时间轴在x轴上,其数学表达式应该为:
    x = c t
    y = H sinωt  
z = H cosωt   
也可以用以下矢量方程表示,
    r = ct i + H sinωt j + H cosωt k
   如果就是认为时间轴在y轴上,其数学表达式应该为:
    y = c t
    x = H sinωt  
z = H cosωt  
也可以用以下矢量方程表示,
    r = H sinωt i +  ct j + H cosωt k
场的本质就是柱状螺旋式运动变化的空间,柱状螺旋式可以看成旋转运动和旋转平面相垂直的直线运动的叠加,在场论中,散度描述了空间的直线运动形式,旋度描述了空间的旋转运动形式。
一,    解释万有引力定理
首先我们用“直线运动的空间”来给出质量和重力场的定义。
以上的物质点O具有质量m,是指周围有N条几何点矢径
r = (H cosθ+ H sinθ+ ct )【r】 = ct【r】
呈辐射状均匀分布【由于N个几何点旋转运动相互抵消而使H cosθ+ H sinθ = 0】,在O点周围以r的长度r = ct为半径作一个高斯面s = 4π r2包围O点,把s分割成N块,每一块小面积  ds上有dn条矢径r【标量为r】垂直穿过去。
     令A• ds = k r dn  或者A• ds = k r dn,  A• ds = k r dn
     k为常数,ds为矢量面元,我们规定ds指向s内侧为负,外侧为正。
     对式 A•ds = k r dn 两边积分,结果为
     k’m =∮A•ds  = k N r
     以上k’也是比例常数,∮为包围O点封闭曲面积分,A【数量为A】就是重力场。
     总结以上的看法,O点的质量m反映了O点周围空间的运动量,m可以表示为包围O点的高斯面s上有多少条类似矢量r的几何点位移矢量垂直穿过。在ds上有dn条类似矢量r的几何点位移矢量垂直穿过,比值r dn/ds反应了O点在P点产生的引力场强度,由此导出:
     m = A•4π r2/k’   
   A = k N r  / 4π r2  
O点的质量m反映了O点周围空间的运动状态,设想O点附近突然的出现另一个物质点O’,O’点具有质量m’就是周围具有N’条类似矢量  – r的几何点位移矢量【由O点指向O’点的矢径为r,则由O’点指向O点的矢径肯定为 –r】。
     O点靠近O’点的结果肯定使O点和O’点之间的空间量在减少,因而O点和O’点有相互吸引的趋势。
     对于O点,在我们观察者看来周围减少了N’条类似r的几何点位移矢量, 这个使我们明白,O点受到O’点的引力,就是O点周围N条矢量r和包围面 s = 4πr2的比值k N r / 4πr2【数量式为N r / 4πr2】发生变化的变化率。
    考虑到k N r / 4πr2的变化是在包围面s = 4πr2不变的情况下,数目N的减少,这种情况下,N减少的数目肯定来自于O’点的出现。可以看出,O点受到到O’点的引力F与O点的惯性(可以把惯性理解为O点周围空间在没有受到O’点扰动本来的运动状态)k N r/ 4πr2成正比,与k N r(正比于O点的质量m)的减少量k N’r(正比于O’点的质量m’)成正比。写成数学公式为:
     F = -常数 乘以m m’ /4πr2         
     把上式中的常数用万有引力常数G表示,就是牛顿万有引力公式,用矢量式表示:
     F = - (G m m’/r2)【r】                  
上式中【r】为O点指向P点的矢径r的单位矢量,r用数量表示为r。F和r方向相反,所以出现负号。
用同样的方法可以论证O’点受到O点的引力情况类似,大小和F相等,只是方向相反。

二,解释惯性质量为什么等价于引力质量。
     牛顿力学认为,以上的O点相对于我们观察者静止情况下,质量为m’的O’点出现在O点附近,受到O点的引力F的作用,会使O’点有一个指向O点加速度- a,并且
    F = - m’a   
    牛顿在没有给出解释的情况下,把式F = - m’a中的惯性质量m’和式F = - (G m m’/r2)【r】中的引力质量m’等同起来,有了下式:
     a = - (G m /r2)【r】      
    这个就是人们常说的惯性质量等价于引力质量。下面我们来给出解释。
在前面的重力场定义方程A•ds = k r dn中, 高斯面s被分割为N块,每一块ds中含有dn条r,如果N取一个适合的值,就是适当把s分割,ds恰巧只有一条r穿过,n就可以等于1。
我们知道,A•ds = k r dn在数学上也可以写为:A•ds = k n dr ,如果n = 1的话,可以写为:
A = k dr /ds
重力场强度A反映了O点周围空间P处的运动变化的一种性质,上式表示,在n的值固定为1时候,r随着高斯面s的变换而变化,r对s求导,反映了重力场强度A。由于s = 4πr2,时空方程中   r2= c2t2,所以,
由A = k dr /ds可以导出A = k dr /4πc2dt2
上式中,把r和t看成相对应的变量,r对t两次求导,可以反映出A,从r = (H cosθ+ H sinθ+ ct )【r】中来看,ct对时间两次求导结果为零。所以,A = k dr /4πc2dt2中的
r = H cosθ+ H sinθ【r】
上式加上A = k dr /4πc2dt2的物理意义为:当我们把物质点O周围的重力场A与一个几何点P的加速运动联系起来,P点的加速度
a = dr /dt2 = A 4πc2/k
由于4πc2/k 都是常数,所以,P点的加速度a和P点处的重力场A是等价的。
三,    重力场与空间的波动性。
前面我们认定了重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重力场场强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。
这一节我们描述重力场和波动空间之间的关系。
前面的三维螺旋时空方程
r = H  cosωt i + H sinωt j + ct k
x = H cosωt                    
    y = H sinωt  
    z = c t
   把时间轴定在z轴上。
   现在我们设想质点O处于直角坐标系Oxyz的原点,一个几何点P【离O点距离为H】围绕O点旋转运动,旋转限制在x,y平面内,另外一个包围O点高斯面s在零时刻从O点出发,以光速不断扩大,在t时刻,半径为z = ct ,这样几何点P指向O点的加速度
a = dr/d t2可以写为:
   dr/d t2 = c2 dr/d z2
我们知道,柱状螺旋式运动和波动(这里指横波)有很大的区别,但是,对于空间这种特殊的物质形式两种运动形式却可以相互并存,因为几何点没有标识,两个几何点绝对的没有任何区别。
许多几何点沿一条直线相继的旋转运动,可以认为产生了波动形式,这里波动的速度就是光速,而且波动的传播方向和旋转平面相垂直,很显然是横波。
  这样可以把式dr/d t2 = c2 dr/d z2改为波动方程:
     ∂2r/∂t2 = C2(∂2r/ ∂z2)                                            
上式是一个沿z轴传播的波动方程,注意,上面的微分号d改为偏微分号∂,考虑把r推广到三维空间情况,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
     ▽2•r = (∂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引力场情况,二者是等价的。
物体周围的重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。
四,    真空静态重力场方程。
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,
在前面提出的重力场定义方程A• ds = k r dn中,矢量A的分量为Ax,Ay,Az  ,矢量ds的分量为dydz i ,dxdz j ,dydx k 。
A• ds =(Ax dydz i )+(Ay dxdz j)+(Az dydx k) = k r dn
借助场论中的高斯定理,可以把上式用散度概念表示,设O点的质量m和一个包围O点的曲面s内体积v的之比为u, 当我们考察s和v趋于无限小的情况下,则式
k’m =∮A•ds  =∮(Ax dydz i )+(Ay dxdz j)+(Az dydx k)= k N r可以用
    ▽•A =  4πGu                 (1)
表示,上式表示在体积v内包围了运动的几何点的数目的多少反映了质点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,
▽•A = 0                      (2)
还有,引力场【包括O点】的旋度也是0,
▽×A = 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。
五,    物体和空间为什么会运动?
在物理学中我们描述的运动状态,如果没有我们人去描述,其实就是几何中的垂直状态,任何一个处于垂直状态中的质点其位置相对于我们观测者一定要运动,并且不断变化的运动方向和走过的轨迹又可以重新构成一个垂直状态。这个可以叫垂直原理。
    不断变化的运动方向一定是曲线运动,圆周运动最多可以作两条相互垂直的切线,而空间是三维的,其运动轨迹一定可以作三条相互垂直的切线,所以运动一定会在圆形的垂直方向上延伸,合理的看法是质点在空间中以柱状螺旋式运动。
    宇宙中所有的自由存在于空间中的物质点都以螺旋式在运动,包括空间本身也是以柱状螺旋式在运动。宇宙中小到电子、质子,大到地球、月球、太阳、银河系----都是以螺旋式在运动。
     六,空间为什么是三维的?
    我们知道,沿空间中任意一点最多可以作三条相互垂直的有向线段,称为三维空间。
或者说质点直线运动产生了一维空间,质点曲线运动产生二维空间,质点柱状螺旋式运动产生了三维空间,这两钟看法是我们人对同一个现象从不同角度理解而出现的。
    宇宙中所有的自由存在于空间中的物质点都以螺旋式在运动,包括空间本身也是以柱状螺旋式在运动。宇宙中小到电子、质子,大到地球、月球、太阳、银河系----都是以螺旋式在运动。

腾讯网搜 张祥前新浪博客 更多神奇文章。

















您需要登录后才可以回帖 登录 | 网站注册

本版积分规则

联系我们|UFO探秘网 ( 蜀ICP备12014248号-1渝公网安备 50011302000820号|网站地图  

GMT+8, 2019-6-20 17:06

Powered by UFO探秘网

© 2010-2014 UFO 外星人 麦田怪圈

快速回复 返回顶部 返回列表