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可以证明:万有引力常量G确实是变量  科学探索系列18

(2016-03-21 19:47:41)

可以证明:万有引力常量G确实是变量 科学探索系列18


  万有引力公    F1=GMm/r²                          (1)

  G是万有引力常量,Mm是两物体的质量,r是两物体中心的间距。

  向心力公式       F2=mv²/r                            (2)  

  当F1= F 2 时,   G=r/M                             (3)

  3式中,V是环绕天体速度,r是环绕天体半径,M是中心天体质量。G是常量的意义就是,茫茫宇宙中 r/M  个比值永远是固定不变的。要证明G是变量,就是对这个比值不变证伪

  但是用太阳系的已知数据验算  r/M 明显是“路旁苦李”,因为这些数据本来就是根据固定G推算出来的,千万人验证过的游戏。但是千万人相信的未必就是真理,太阳系未必不能证G是变量

  这样的契机出现在一些变化中。笔者的一项研究(重力的定义)表明,地球自转加快,月亮受到的重力变大,是月亮“渐离地球”的原因之一。如图,地球对月球的万有引力是A,在地球自转过程中,“来”的一侧受到削弱,“去”的一侧受到加强,月球实际受到的重力B,一定偏向地球东侧。力的作用是相互的,所以地球上的潮汐总是偏向轴心连线东侧。可以证明:万有引力常量G确实是变量  科学探索系列18



  如图所示,重力B大于万有引力A,是万有引力A与地球自转施加给月球的“惯性力”C的合力。在地球自转加快的时候,月球受到的重力同时加大,相当于对于地球的势能加大,动能就要减少,在宇宙背景中动能减小以后,一定要在对地球的势能“找补”回来 ,月球就要跃迁到更远的轨道,直到达成新的平衡。

  如果没有这个月球,另一个月球运行在原来的轨道上……只要不限制它的速度,那么这种情况是允许存在的。因为半径不变但是向心力B比前者更大,根据向心力公式(2) 可知这个月球的公转速度更大。在 (3)中,中心天体M变,半径r不变,环绕速度变大,表G值变大

  不考虑(太阳引力、月球进动等)干扰因素的前提下,月球可视为运行在重力等位面。月球受到的重力加大,跃迁到更远的轨道,因为角动量守恒速度同时变小。根据万有引力公式(1) 引力不变的前提下,半径越小G值越小。由此可证:距离中心天体越远G值越大(近小远大)!

  月亮一例不是孤证。近年人们发现人造卫星有加快的迹象,根据公式(2),其实就是重力(向心力)变大了,卫星被人工手段控制在原来的轨道上,只能加快公转。代入(1)式说明G值变大了,没有其他解释。

  为了让顽固派心服口服,为了研究G的更多性质,笔者再举一例:

  假设在某个“平行宇宙”中,有一对中心天体和环绕天体的组合,如图1可以证明:万有引力常量G确实是变量  科学探索系列18


  中心天体质量是M,环绕天体质量是m,环绕半径是r,环绕速度是v,环绕天体轨道A是一个正圆。如果用一个恒星群均匀的包围图1组合,势必产生下列变化,如图2

可以证明:万有引力常量G确实是变量  科学探索系列18


  环绕天体受到中心天体的引力被削弱,相当于对于中心天体的势能减小,动能就要增加,在宇宙背景中的动能增加,相对中心天体的势能势必再次变小,结果就是半径缩短公转速度加快。环绕天体既符合角动量守恒定律,又保持了固有的能量。

可以证明:万有引力常量G确实是变量  科学探索系列18

  如果图3的环境中本来就有一对图1的组合,中心天体质量M(不变),环绕天体质量m(不变),环绕半径r不变,关键的区别是:这时候环绕天体公转所需向心力等于中心天体引力减去恒星群引力,一定小于图1中的向心力,根据公式(2),图3的公转速度一定小于图1的公转速度,代入(3)式,那么这个环境的G小于图1中的G 。同样步骤可证明:外界(恒星群)引力越大G值越小。

 

可以证明:万有引力常量G确实是变量  科学探索系列18


  如果来自恒星群某个方向的引力偏大,如图4,环绕天体的运动就会变成“圆周运动+钟摆运动”,构成一个椭圆轨道。因为环绕天体能量不变,所以又有固定的周期。说到这里,读者是不是有熟悉的感觉?

        话说(图4中)m星球已经具备了相当于地球的文明,百年前一个叫“马跃”的科学家发现了“万有引力定律”,一个在我们看来相当陌生的G值,已经以“科学”的名义出现在课本中。因为他们根据这个G值已经成功地发射了多颗卫星,当地人坚信:G是一个可以适用整个宇宙的常量。

  证明完毕,还附赠穿越文!……好吧,《马跃传奇》以后再说,还是先探讨G的现实意义。

  彗星的扁心率非常大的轨道和少数逆向公转的彗星证明,彗星是太阳系形成以后闯进来的“天外来客”。为什么彗星越接近太阳体积越大?因为彗星越接近太阳适用的G越小,对本身气态物质的束缚越小。同理,距离太阳越远G值越大,所以越远的行星吸积区越宽。因此,形成行星的过程中,距离太阳越远的行星之间的间隔越大(提丢斯-波得定则)。这种特点跟G直接有关系。

  宇宙中充满了气体和尘埃。地球以平均每秒30公里的速度奔驰在这种环境中,亿万年中为什么没有丢失掉大气层或者损失其公转动能?因为行星轨道上(吸积区)氤氤氲氲的微小物质,适用该行星同样的G值,并且具有同样的运动矢量。换句话说:跑的一样快!

  所以,地球上测量的G值,适用于“日—地”之间,适用于“地—月”之间,也适用于人造卫星。但是绝对不适用其它行星!事实上,采用地球上的G值,(开普勒第三定律)推算行星的质量,存在严重误差。水星、金星(实际G值应该偏小)质量远没有人们估计的那么大,甚至都没有卫星;木星、土星(实际G值应该偏大)及更远的行星质量被严重低估,结果换算出的密度小到不可思议。

  太阳系中,在同一个方向上,距离太阳越近(太阳引力越大),适用的G值越小;银河系中,距离银心越近,“银河引力”越小,适用的G值越大。前者的意义是匡正学界的错误认知,后者的意义在于可以解释“银河系自旋同时所有恒星公转角速度大致相同”这种现象。区别是:子星系(太阳系)中引力越大,微小物质分布的密度越高;母星系(银河系)中,微小物质是“趋向”引力大的区域(银盘边缘)。G可能跟星系的演化有关系!

  到了黑洞的地位,因为整个星系的“压力”(上篇),质量并不能无限增加。位于银河系中间的黑洞不断吞噬靠近的恒星,分解以后会从两极喷出大量质子、电子、气体和尘埃(少量分子残渣);强大的外向喷流在脱离黑洞吞噬界面以后,其中的质子和电子结合成大量氢气(银心被大量气体、尘埃包围,这就是我们能看到百亿光年之外,却看不清银心内部的原因);大量微小物质被“某种”作用“推向”外围,在银盘边缘形成新的恒星吸积盘,产生新的子星系;气体和尘埃向外漫延的同时,恒星由外而内顺次进入“黑洞工厂”。所以在这个序列中(螺臂上),越远的恒星越年轻。相反,越向中心,恒星的年龄越大,恒星的密度也越大;同时,越向中心G值越大,恒星间的实际引力成倍增加。银河系中银核包含的不仅可见恒星的密度比较大,实际上不可见的死寂的恒星也全部集中在银核。

        因为质量越大的恒星,内部提供的温度、压力越高,产生的核聚变也越强烈;而且质量越大的恒星,内部参加核聚变的物质比例通常也越高,通常越大的恒星寿命越短。因为死寂的恒星普遍比太阳质量更大,有理由怀疑,科学家费尽心思寻找的暗物质,可能就是年老的已经死寂的恒星。它们质量巨大、数量众多,本身不再发光又距离遥远(太阳附近都是同龄的恒星),很难直接观察到。

  恒星的命运是轮回的,星系的始终似乎要长久的多。看起来好像科幻文,不过90%的部分已被证实。笔者把这些联系到一起,怀疑G是物质世界的底层法则。

 

 

 

 

 

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