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一个解释万有引力成因的模型

(2010-02-02 11:12:26)
标签:

引力模型

引力成因

相对论

暗物质

引力本质

新引力公式推导

宇宙起源

分类: 万有引力问题探索

一个解释万有引力成因的模型

马海飞

(http://blog.sina.com.cn/gfis 201022日)

自牛顿发现万有引力以来已经300多年过去了,但是,万有引力的成因依旧是一个未解之谜。虽然牛顿的万有引力定律可以解决很多实际问题,但是,因为不知道引力的成因,所以在遇到新问题的时候人们就束手无策了。不找到引力的产生原因,与引力相关的问题就永远都会存在。在不理解引力成因基础上建立的所有与引力有关的理论也都只是空中楼阁式的理论,没有根基。人们在牛顿引力定律中发现的局限性,针对相对论引发的争论,对宇宙起源的理解和对暗能量、暗物质现象的争议全都与引力起因有关。因为引力是宇宙所有现象中最基本的一个决定性因素,找到引力的成因,就等于彻底揭开大自然宇宙的最后一张底牌,随之,宇宙的一切真相都将被陆续揭开,围绕引力问题而产生的争议也都将会得到解决。因此,解决引力起因的问题具有重大科学意义。

为了解释引力的成因,本人试图建立了一个模型,并通过模型来推导新的计算引力的公式。建立模型的根据是以下自然现象和条件:1. 物质的存在形式、2. 对质量场的数学定义和3. 物质存在形式与万有引力的关系。推导引力公式的过程是:1. 确定质量场密度与运动之间的关系、2. 确定新的引力常数、3. 建立新万有引力公式。

 

一、物质的存在形式。

如果想了解引力的起源,就必须了解比引力更基础的自然因素。比引力更基础的自然因素就是物质的存在形式。所有的物质存在形式都一定包括以下各项特征:

1、任何物质都具有一个由质量体表现出来的质量和一个由“引力场”表现出来的质量场。物质的存在形式可以用图 1来表示。

2、每个质量体只有一个质量中心。

3、每个质量中心只形成一个质量场。

4、质量永远都不可能离开质量场独立存在。

5、质量和质量场都是物质的基本属性。

6、质量可以被视为质量场的场源。

7、一个质量场的基本理想形状是一个正圆球形。

8、质量体静止时的质量场中心与质量中心(质心)重叠在一个点上。

 



 一个解释万有引力成因的模型

          1、物质存在形式示意图。M表示质量,包围质量的环表示质量场。

 

以上这些都是宇宙中物质与生俱来就具有的自然属性。不受任何外来因素的影响。如图1所示,质量体位于中心,周围由质量场包围。这就是一个质量体处于理想(绝对)静止状态下的标准存在形式。这个存在形式显示的一个主要现象就是:质量体的质量中心一定与质量场的场心重叠在同一点上。这是保证物质体的存在处于稳定状态的先决条件。也就是说,一个绝对静止的没有受到外力作用的质量体一定处于质量场中密度最大而且全方位对称的位置上。如果不满足这个条件,那么质量体就无法处于稳定的静止状态。这是物质存在的自然本性,是不由任何条件决定的。

 

二、对质量场密度的数学定义

人们对质量的研究已经有数个世纪了,在所有的情况下都可以把一个质量体作为质点用数学来描述质量的特征。但是,对质量场的定义和研究却非常缺乏。为了完整描述一个物体的全貌,除了质量以外,我们还必须对质量场进行数学表述。所以,首先有必要对质量场进行数学定义,为下一步的工作奠定基础。因为质量可以被视为质量场的场源,质量场是一个场,所以,质量反映在场中的密度,即“质量场密度”,就应该是单位面积上的质量分布值。也就是说:

D=M/A                                              (1)

D是质量场密度,M表示质量体的质量,A表示决定质量场密度D的质量场面积。因为质量场是一个球形场,所以,面积A就是球形表面积。球形表面积的计算公式是:A=4πr2。代入式(1得:

D = M/(4πr2)                                        (2)

这就是质量场密度的数学表达公式。用普通语言讲就是:质量场中某个层面上的质量场密度是该质量体的质量与该质量场层面面积之比值。

 

三、物质存在形式与万有引力之间的关系

物质存在是万有引力的先决条件。既然如此,物质的存在形式就一定与万有引力之间存在特定的关系。在建立模型之前必须找出这些关系。

1、万有引力只产生在两个质量体之间。一个物体自身不表现出万有引力现象。引力现象只可能存在于两个物体之间。因此可以用图2表示。

 




  一个解释万有引力成因的模型

 

2、两个质量体之间的相互关系示意图。每个质量体在它自己的质量场的中心,但也同时在对方质量场的一侧。

 

2、万有引力的大小与质量大小直接相关。这已经是一个常识。质量越大的物体重量就越大。重量反映的就是引力的大小。

3、万有引力的大小与质量场密度直接有关。虽然万有引力的大小直接与物体的质量大小有关,但是,我们知道,两个物体之间的距离也是决定引力大小的直接因素。根据公式(2):D=M/(4πr2) 知道:距离也决定质量场的密度。因此,引力大小从物质的存在形式上看就是与质量场密度有直接关系。

4、质量体之间的相互影响通过质量场得以实现。从图2很直观可以看出,两个物体之间没有直接的接触。所以,物体之间不存在直接的相互作用。但是,两个物体各自的质心却在对方的质量场中。因此,两个物体(质量体)之间的相互作用是通过质量场来实现的。也就是说,质量场是物体之间产生万有引力的“介质”。

 

四、建立引力模型

在理解了物质存在的形式和质量场密度定义之后,我们对一个单一物体的质量与质量场之间在静止状态下的关系已经清楚。对两个物体的存在形式分析之后,也理解了物质存在形式与引力之间的相关性。这样一来,我们建立引力模型的条件就已经成熟。  

从图2中很容易看出,当两个质量体同时存在的时候,它们不但在它们自己的质量场中,而且它们同时还相互存在于对方的质量场中。为了说明上的方便,我们可以用简化的图3来做解释。





 一个解释万有引力成因的模型

3. 万有引力成因示意图。两个质量体用两个黑点表示。为了说明上的方便,其中一个质量体的质量场没有画出来。实线的交叉点表示质量中心。

 

3中,较大黑点表示的质量体在它自己的质量场中心,质量场密度对它的质心而言处于完美的对称状态,因此,它相对于自己的质量场处于稳定状态。这是物质存在的自然本性。然而,较小黑点表示的质量体在这个质量场中所处的位置的质量场密度相对它的质心而言并不对称。由于物质存在形式的自然本性所决定,在质量场密度出现不对称的时候,质量体一定朝向质量场密度大的方向移动。于是,这个质量体就在质量场中产生出运动的趋势,从而产生出来一个人们把它称之为“万有引力”的力。因为两个质量体在对方的质量场中的情况是相同的,所以,实际情况是两个质量体同时在对方的质量场中运动。运动的速度由运动质量体所处位置上对方的质量场密度决定,因为密度越大,不对称性就越大,运动的加速度也就越大。反之,质量场密度越小,导致质量体运动的加速度就越小。这就是“万有引力”产生的原因。也就是解释引力成因的模型。这个模型告诉我们:万有引力是物质存在自然状态产生出来的一种力。它是物体运动产生的结果,而不是导致物体运动的原因。“引力”的本质是质量与质量场之间的相互作用。引力产生的直接原因是一个物体的质量场对另一个物体的质量中心呈现出来的不对称性导致的。质量场密度是决定“引力场”强度的直接因素。因此,严格地讲,“万有引力”不是“相互吸引力”。

 

五、通过对新万有引力计算公式的推导来验证这个模型的正确性

如果这个模型对引力的解释是正确的,那么我们就一定可以通过它推导出万有引力的计算公式。推导过程是:1. 确定质量场密度与运动之间的关系、2. 确定新的引力常数、3. 建立新万有引力公式。

1 确定质量场密度与运动之间的关系。前面我们已经对质量场密度进行了数学定义,得到了质量场密度的计算公式:D=M/(4πr2)。在定义了质量场密度之后,下一步是找出质量场密度与运动之间的关系。因为决定引力运动的因素是引力加速度,所以,搞清楚质量场密度与引力加速度之间的关系就可以知道质量场密度与运动之间的关系了。

根据牛顿第二运动定律F=ma可知:两个物体之间的引力大小可以表示为F=m1g1F=m2g2。也就是 m1g1=m2g2。或写成 g1/m2= g2/m1。因为公式(2)为:D=m/(4πr2),或写成m= D(4πr2),所以代入 g1/m2 g2/m1后就得到 g1/m2= g1/(4πr2D2) g2/m1= g2/(4πr2D1)。也就是:g1/(4πr2D2)= g2/(4πr2D1)或写成 g1/D2= g2/D1=Gm。这个Gm就代表了质量场密度与引力加速度(即运动)之间的关系。它表示的意思是:一个物体的引力加速度与它所在地的另一个物体的质量场密度之间的比值为一常数。

2、确定新的引力常数。现在,质量场密度与引力加速度之间的关系已经确定。接下来的任务就是决定常数Gm的数值。要算出Gm的数值,我们必须要从实验中取得引力加速度的数值。这并不是不可能。只要测量出两个已知质量在已知距离条件下的“引力”大小,然后用公式g=F/m就可以算出引力加速度了。这种实验早在17971798年间就由英国科学家卡凡迪做过。在实验条件下,两个质量为1公斤,相距1米条件下测到的万有引力大小为6.67×10-11N。因此,在这一条件下的引力加速度为 g=F/m=6.67×10-11N/1kg=6.67×10-11m/s2在这一实验条件下,g=g1=g2。用公式(2)计算,在相同条件下的质量场密度为:D=M/(4πr2)=1kg/(4×3.14×12)m2 =7.96×10-2 kg/m2。在这一实验条件下,D=D1=D2。因此得到

 Gm= g/D = 6.67×10-11 (m/s2)/(7.96×10-2)(kg/m2) = 8.38×10-10 m3/kgs2

这个Gm 就是新万有引力常数。

3 建立新万有引力公式有了新的引力常数值之后,我们就可以用公式(3)通过质量场密度来计算引力加速度了。

g = GmD.                                           (3)

根据牛顿第二运动定律F=ma,可以计算万有引力大小为F=mg。把上述(3)式代入该公式就得到F=mGmD 或写成:

F=GmmD                                            (4)

这就是新万有引力计算公式。通过这个公式可以准确计算出引力的大小。而且这个公式可以完全取代牛顿的引力公式。

新引力公式的推导成功足以证明这个模型对引力起因的解释是正确的。至今为止,这是唯一的一个可以推导出万有引力计算公式的引力模型。而且推导过程简单明了。引力常数意思十分明确。物质存在本质和运动之间的关系也都证明这个模型对引力起因的解释是合乎逻辑的。这个模型不仅解释了万有引力的成因,而且改变了我们对空间的看法。宇宙空间不是一个绝对的空间,而是由质量场构成的有功能、有形状的空间。在宇宙范围内绝对全空的空间是不存在的。

这个模型说明,万有引力不是一个物体对另一个物体的吸引现象和相互吸引作用,而是因为质量场这个“环境因素”的不对称性导致物质存在本能上的相互靠近所产生出来的力。举例来说,就象在一个有弹性的平面上放一个重物,比如一个铅球。那么这个铅球就会在这个平面上压陷出一个“坑”来。如果在这个坑的附近有另外的小球存在,那么小球就会沿着坑的斜面滚到坑里。如此一来,在这两个球之间就会产生出类似“吸引”力的现象。这实际是环境(坑)造成的现象,并不是两个球之间的相互吸引,也不是它们之间的直接相互作用。在两个球之间测到的力并不是什么“吸引”的力,而是这种特定环境导致球体本能地相互靠近所产生出来的“挤压”的力。因此,万有引力是由环境因素在物体之间所产生出来的一种力学现象。所以从本质上来讲,称之为“引力”是不够恰当的。“引力”的叫法显然是产生于对这一现象的误解。但是,出于历史原因,我们可能难以改变这种叫法了。至少在短期内很难做得到。我建议使用“引力现象产生的力”或用不带“吸引”字面含义的“重力”来取代传统“引力”的叫法。 

本文引用地址:http://blog.sina.com.cn/s/blog_63a266370100gtz4.html

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