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张祥前详细解释万有引力的本质

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张祥前DS 发表于 2014-11-13 15:15 | 显示全部楼层
张祥前 揭秘万有引力的本质之谜
    作者 张祥前 民间独立学者,长年从事时空、力场、质量、电荷、能量----的本质等基础科学的研究,希望社会给于关注和资助。
目录,
一,        万有引力只是一种性质。
二,        传递万有引力的介质是什么?
三,        物理概念是怎么产生的?
四,        空间和质点为什么要运动?
五,        螺旋时空。
六,        如何描述空间本身的运动?
七,        场的严格定义。
八,        质量和重力场的定义。
九,用质量的定义导出质速关系。
十,引力质量等价于惯性质量的证明。
十一,重力场与旋转运动空间的关系。
十二,重力场与空间的波动性。
十三,解释万有引力的公式。
十四,重力场的散度。
十五,真空静态引力场方程。
十六,有反重力吗?
十七,万有引力的传播速度。
十八,质量的叠加问题。

本文没有特别标注的情况下,大写字母为矢量。
百度 统一场论4版 可以看到更详细的背景资料。
牛顿的万有引力定理表述为:宇宙中任何两个物体都是相互吸引的,吸引力大小和它们的质量成正比,与他们距离的平方成反比。这个定理看起来很简单,但是它的本质牵涉到自然界核心秘密,人类如果想把万有引力解释清楚,必须要理解与万有引力密切相关的时间、空间、质量、重力场、加速度、力等等。
本文认为万有引力是物体周围空间以柱状螺旋式运动造成的。

一,万有引力是一种性质。
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,万有引力的本质讲起来很简单。
    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【或者具有相对运动趋势】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、或者有相互加速运动趋势,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存在和运动,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,空间和质点的运动是紧密的联系在一起的。

二,         传递万有引力的介质是什么?
月球围绕地球旋转,地球是通过什么东西把引力传给月球的?如果认为地球通过一个特殊的物质把引力传递给月球,那这个特殊的物质能不能由微小的东西构成?如果是由一些更小的东西构成,引力又是怎么在这些微小东西的空隙之间传递?如果介质不能够分成许多微小的东西,内部构造是无限连续的,这种介质的性质是怎么来的?这样我们很难理解这种特殊的介质。
本文认为地球是通过空间把引力传递给月球的,物体之间的相互作用力的介质就是空间。引力只是一种性质,月球和地球有相对加速运动趋势,我们就可以说它们之间有相互作用力。

三,        物理概念是怎么产生的?
宇宙由空间和质点构成,不存在第三种与之并存的东西,一切物理现象和物理概念都是质点在空间中运动经我们观察者描述出的一种性质。
不仅仅是万有引力,一切物理现象,时间、场、光速、电荷、质量、能量、力、磁场---本质都是质点在空间中运动造成的。

四,        质点和空间为什么会运动?
在物理学中我们描述的运动状态,和几何中的垂直状态是相对应的,如果没有我们人去描述,运动状态其实就是几何中的垂直状态。
    任何一个处于三维空间的垂直状态中质点所在的空间位置,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,合理的看法是质点所在的空间位置是以柱状螺旋式在运动。

五,螺旋时空。
统一场论认为,宇宙一切都是以螺旋式在运动,空间也不例外,时刻以柱状螺旋式在运动。
宇宙中任何物体【包括我们观察者人的身体】周围空间都以螺旋式向周围辐射式运动,而空间这种运动给我们观察者的感觉就是时间。

六,如何描述空间本身的运动?
讲到空间本身的运动,我们如何定性定量的去描述空间本身的运动?
我们把空间分割成许多小块,每一块叫空间几何点,简称几何点,通过描述这些几何点的运动就可以描述空间本身的运动。
在统一场论中认为时间与观察者周围空间几何点光速直线运动走过的路程成正比。

七,场的严格定义。
相对于我们观察者,物体周围空间中任意一个几何点的位置指向该物体的位移矢量是空间位置的函数或者是时间的函数,这样的空间叫场。
简单一句话,场是的运动变化的空间。

八, 质量和重力场的定义
下面我们用光速直线运动空间来定义重力场。
设想有一个质点o相对于我们观测者静止,周围空间中任意一个空间几何点p在零时刻以光速率c从o点出发,沿某一个方向直线运动,经历了时间t,在t'时刻到达p所在的位置,由o点指向p点的矢径为R= C t,C是矢量光速,本文认为光速可以为矢量。
让点o处于直角坐标系xyz的原点,几何点p的矢径R 是空间位置x,y,z的函数,随x,y,z的变化而变化,记为:
R = R(x,y,z,)。
我们以 R = Ct的长度r为半径,作高斯面s =4πr2 【注意,r和R的数量虽然相等,但是二者是有区别的,R是几何点的位移,而r是高斯面s的半径。把运动空间看成是水流,R就是水流的沿某一个方向流动的长度,而r如同我们随着水流测量的卷尺刻度的距离】包围质点o,质点o的质量m就表示在高斯面s = 4πr2【内接球体体积为4πr3/3】内,包含了n条几何点的矢量位移R=Ct的条数,
m = k n /(4πr3/3)
k为常数,而o点周围的重力场A表示o点周围在体积4πr3/3内有n条几何点的位移矢量R= Ct,
A = k R n/(4πr3/3) = m R
我们引入立体角Ω概念,把高斯面s = 4πr2内接球体4πr3/3分割成许多四棱锥体小块,四棱锥体的顶点在o点,底面ds = r2dΩ
在高斯面s上,每一小块四棱锥体体积为r3dΩ / 3,

   
这样:A = k R dn/(r3 dΩ/3)
或者A = k dR dn/ r2dΩ = k dR dn/ ds
如果r2 dΩ取一个适合的值,可以使dn = 1,这样有:
A = k d2R/ r2 dΩ = k d2R / ds
以上方程中A方向由R或者矢量面元dS【数量为ds】给出。

九,用质量的定义导出质速关系。
     相对论认为一个物体相对于我们观察者运动时候质量会发生变化,相对论导出的质量和速度的数学关系是这样的,相对论认为相互运动的两个观察者,其中一个测量的速度,在对方看来要减少一些,为了使动量在相互运动的观察者中都是守恒的,相对论只好认为这个速度的减少是质量增大造成的。
   相对论认为一个物体静止时候质量为m,一旦相对于我们观察者以速度v运动时候,运动质量m’为
   m = m’√(1- v2/C2)
  下面我们用质量定义来导出质速关系。
以上质量定义中指出,质量是物体周围空间单位体积4πr3/3内以光速运动几何线的条数,m = k n /(4πr3/3)
设想以上质点o相对于我们观察者静止,质量为m  ,当o点相对于我们以速度v匀速运动时候,可以预见体积4πr3/3要减少.
    我们设想体积4πr3/3由许多个微小的正方体构成,当o点相对于我们观测者以速度v匀速直线运动时候,这些小正方体的体积每一个按照相对论的看法要收缩一个相对论因子√(1-v2/C2),许多个小正方体累加起来,总的体积也要收缩一个相对论因子√(1-v2/C2)。
由于几何点的位移的条数n按理不会随速度v变化,所以,质量m相应的会增大一个相对论因子√(1-v2/C2),这样我们从质量的几何本质出发,解释了相对论中的质速关系。

十,引力质量等价于惯性质量的证明。
重力场强度A反映了o点周围p处空间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的变化而变化,R和ds比值反映了重力场强度A。由于s = 4πr2,时空方程中
r2= c2t2,所以,
A = k d2R/ds可以表示为A = k d2R/  d(4πc2t2) = k d2R/ 4πc2 dt2
上式可以理解为, R对t两次求导为p点的加速度G = d2R/dt2,G同样可以反映出重力场A   
G乘以常数 = A = k d2R/ds  = k d2R/ 4πc2dt2
由于k和4πC2都是常数,所以,O点周围的几何点P的加速度G和p点处的重力场A是等价的。
我们可以用一个理想实验加深对以上的理解。
设想一个卫星围绕地球旋转,卫星无论大小,指向地球的加速度都可以反映出卫星所在位置的重力场强度和方向,我们可以设想,卫星无限小,一直小到不存在,只有几何点的情况下,仅仅只是几何点的运动也可以反映出几何点所在位置的重力场情况,换句话,空间本身的加速度运动就是重力场。重力场和旋转运动空间的关系。
   
十一,重力场与旋转运动空间的关系
统一场论认定空间运动以螺旋式在运动,而螺旋式运动可以看成直线运动、旋转运动形式的叠加,以上我们用空间的直线运动定义了重力场,现在我们来指出重力场和旋转运动的关系:
一个物质点O,相对于我们观察者,它周围一个几何点P(由O点到P点的距离大于零)围绕O点逆时针旋转运动,由P点指向O点的加速度a大小和方向可以等于P点所在的地方的重力场场强 A 。

十二,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。
   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。
   我们知道,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。
   在笛卡尔坐标系中,如果时间轴我们选在z轴上,波动方向在z轴上,质点o周围空间中几何点p点的坐标s是(x,y,z):这样,以下的三维螺旋时空方程中,
   x = Rcosωt
   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。统一场论的看法是:x、y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。
  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R在x轴的分量记为x,在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  = c2t2= x2+ y2 + z2
   r为R的数量长度,c为C的数量,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)   
    f和g表示两个独立的函数,方程 y(z,t) = f(t - z/c)可以认为是从质点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。
    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 = r’cosω(t–z/c)和x = r’sinω(t–z/c)满足这个方程。
    如果考虑运动的连续性,x和y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,x和y 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 = r’cosω(t–z/c)
    y = r’sinω(t–z/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。
     重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▽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。

十三,解释万有引力公式。
  前面的质量定义指出,相对于我们静止的质点o,具有质量m是表示周围单位体积v内有n条几何点位移R = Ct【R】,也就是m = k n / v,如果v换成高斯面s = 4π r2【r为R的长度数量】内接球形体积v = 4π r3/3相应的有:m = 3 k n /  4π r3
   而重力场m r = 3 k n R/4π r3是o点周围单位体积内空间的运动量,可以看成是o点的一种运动状态,一种惯性,当o点遇到附近别的粒子o'点的扰动,这种运动状态会发生变化,而这种状态的改变就是力。所以,o点受到o'点的作用力与这种惯性成正比,与这种惯性的变化量成正比。
   o点的质量m反映了o点周围空间本来的运动状态,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,因而o点R的数目n的变化量为n'  .
   这样看来,o点受到了o'点作用力F与o点的惯性量m R = 3 k n R/ 4π r3成正比,与惯性量的变化量n'成正比。
   F = 3 k n n' R/  4π r3
   由于R 的数量为r,所以上式可以写为:F = 3 k n n'/4π r2
   由于n正比于o点的质量,n'正比于o'点的质量,所以上式可以写为数学公式为:
   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的数量为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。

十四,重力场的散度
借助场论高斯定理,我们可以用散度更清楚的刻画质量和重力场的几何性质。
由前面的重力场几何方程A = k R n/(4πr3/3)可以导出:
A = k R dn/(r3 dΩ/3)
由于几何点的位移R的数量为r,所以以上方程可以改写为:
A = k  N’dn/(r2dΩ/3)
N’为一个单位矢量,方向沿A 的方向,令r2dΩ/3 =ds,矢量为dS,矢量面元dS的方向沿A方向,
这样上式可以为:A = k  N’dn/ds
或者A•dS = k dn
两边积分,为∮A•dS = k n
把式∮A•dS = k n在直角坐标xyzo上展开。设A在坐标xyzo上的分量为Ax,Ay,Az 。
矢量面元dS的分量dydz i, dxdz j , dydx k 由高斯定理得:
    ∫∫∫v(∂Ax/∂x + ∂Ay/∂y + ∂Az/∂xz)dv
=∫∫s(Ax dydz)+(Ay dxdz)+(Az  dydx)= k n
   上式透露出许多信息给我们,上式直接的物理意义是:
    方程∫∫s(Ax dydz)+(Ay dxdz)+(Az dydx)= k n告诉我们,重力场可以表示为单位面积s上垂直穿过几何线的条数,也可以表示为单位面积内分布运动几何点的个数。
    而方程∫∫∫v(∂Ax/∂x + ∂Ay/∂y + ∂Az/∂xz )dv = k n告诉我们,在运动变化的空间中,重力场也可以表示为单位体积v内n个运动几何点位移的位移量。
    当这个单位体积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上重力场的分布情况可以保留在s上,由v上的重力场分布情况可以求出s上的重力场分布。
   这个意味着重力场是空间连续运动变化相对于我们观察者所表现出的一种性质。
把上式用散度概念表示,设o点的质量m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s和v趋于无限小的情况下,则式
    k’m =∮A•dS =∫∫s (Ax dydz  )+(Ay dxdz)+(Az dydx )= n
可以表示为:
    ▽•A = 4πGu                 
   上式表示在体积v内包围了运动的几何点的位移的条数的多少反映了质点o的质量大小。G为万有引力常数。
如果有许多空间几何点连续不断的从无限远处越过曲面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点具有负质量的大小。统一场论预言了负质量概念。
   质量和重力场都反映了物体周围空间光速运动的运动情况,首先有一个前提条件,静止物体周围空间的直线运动都是光速运动,如果静止物体周围空间直线运动不完全都是光速运动,那我们以上以物体周围空间运动几何点的条数来考察空间的运动量,来定义物体的质量就没有意义了。
    重力场反映了物体周围局部的、很小的空间运动情况,所以,质量只能是标量,来自于积分方程,而重力场是局部空间运动情况,所以可以是矢量,来自于微分方程。
   
  十五,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 dn中可以用
    ▽•A =  4πG u                 (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o,
▽•A = 0                      (2)
还有,引力场【包括o点】的旋度也是0,
▽×A = 0                       (3)
注意,方程(1)中u = m /v,而4πG m =∮A •dS = A •4πr2而r2 = c2t2= x2+ y2 + z2
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。

十六,有反重力吗
现在我们来讨论一下反重力问题。
统一场论预言随时间变化的磁场产生和磁场环绕方向垂直的重力场,加速运动的负电荷产生和加速度方向一致的反重力场,加速运动的正电荷产生加速度方向一致的重力场。
一句话,变化的电磁场可以产生重力场。
我们有个疑问,自然界有没有天然存在的反重力场物体?答案是没有的,设想我们太阳系附近有反重力场物体,这些物体和太阳、地球及其他星体相互推斥作用,若干年后,这些反重力物体会被挤出太阳系,这样的结果是宇宙中反重力物体将和普通重力场物体生活在不同的空间区域,各过各的日子,互不相干。

十七,万有引力的传播速度
万有引力是物体周围空间柱状螺旋式运动造成的,柱状螺旋式是旋转运动和旋转垂直方向的直线运动的叠加,空间的直线运动是光速。
万有引力传播的速度是光速。如果太阳上有什么异常变化,引起太阳的质量变化,质量变化会引起太阳对周围行星引力的变化,这种变化需要8分钟传到地球,可以设计一种实验可以用来来验证。

十八,物体质量的叠加
最后讨论一下物体质量的叠加。
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。
诗维 发表于 2014-11-22 06:19 | 显示全部楼层
请版主将我的“宇宙网络2,3,”删除,我的注册名“诗维”,谢谢,理由是:给普通人看,太浪费
万物皆空 发表于 2014-11-29 00:15 | 显示全部楼层
提示: 作者被禁止或删除 内容自动屏蔽
 楼主| 张祥前DS 发表于 2014-11-29 21:23 | 显示全部楼层
我们的科技在外星人眼里,还是很幼稚的。
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