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[转载]“空间”是“无源涡旋场”

(2014-11-26 17:27:04)
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 “空间”是“无源涡旋场”

 

杨明昆  王严学  杨昭国

 (ygyzg@126.com)

 

    1.“引力场”

    如果,参考“电位移(电通量密度)”D定义“质量位移(质量通量密度)”DO=(1/4π)m/r2,其中,m为中心质量,r为到质量中心的距离;DO是矢量其方向由质量中心沿半径向外。

    因为与“电荷密度”ρ相当的有“密度”(“质量密度”)ρO=m/(4πr2/3),根据高斯定理,矢量“质量位移(质量通量密度)”DO的“散度”等于“密度”(“质量密度”)ρO,所以有①:

[转载]“空间”是“无源涡旋场”

 

    这与麦克斯韦方程组中的高斯定理是一致的②:[1]

[转载]“空间”是“无源涡旋场”

 

    参考电场强度E,定义“引力场强度”EO,满足DO=-s0EO,其中,s0=1/(4πG)(G为引力常量)称为“质量常数”。那么,EO=DO/s0=-Gm/r2。此即牛顿万有引力公式,负号表示EO与DO方向相反。

    可以说,①式的本质就是万有引力定律,可以由该方程推导出经典的牛顿万有引力公式,其揭示了产生“引力场”的源是质量的分布。

    2.“引力场”与“空间弯曲”

    爱因斯坦的广义相对论认为,由于有物质的存在,空间和时间会发生弯曲,而引力场实际上是一个弯曲的时空。 [2]

    在广义相对论中,引力被描述为时空的一种几何属性(曲率)。 [3]

 

[转载]“空间”是“无源涡旋场”
图1 “引力”与“空间弯曲”示意图

    2.1“质量弯曲空间”

    因为,万有引力源于“质量”,“引力场”对应的“空间弯曲”,本质是来说,是“质量”对应着“空间弯曲”——“质量弯曲空间”!

    所以,物质“质量”m0与其对应“空间”的曲率K0成正比,即有m0=αK0,α为比例系数。

    也就是说,物质的“质量” m0,对应着一定的“空间弯曲”——曲率K0。若其曲率半径为r0,则k0=1/r0

 

[转载]“空间”是“无源涡旋场”
图2 “空间弯曲”与“质量”

    也可以说,物质“质量”,反映物质空间的“弯曲”情况,是物质空间“弯曲”一种表现,有什么样的物质“质量”的存在,就有什么样的“空间弯曲”(曲率)分布——“物质告诉时空如何弯曲”——“质量弯曲空间”。

    因此,物质“质量”的变化,也一定对应着“空间弯曲”——“曲率”的变化。反过来,本质上,应该是“空间曲率”——“空间弯曲”的变化,可以通过物质“质量”的变化来表现。

    2.2变化的“引力场”激发“空间”变化

    如果把静止“质量”为m0、曲率半径为r0的“质点”,在速度大小为v的情况下的“质量”设为m、曲率半径为r,c为光速,那么根据相对论的“尺缩效应”,在速度v的方向上有r=r0√1-(v/c)2

 

[转载]“空间”是“无源涡旋场”
图3 “空间弯曲”与“速度”

    若设“质量” m对应“空间”的曲率为K,由k=1/r,k0=1/r0,r=r0√1-(v/c)2,则有k=k0/√1-(v/c)2

k=k0/√1-(v/c)2说明:

    变化的“引力场”——静止“质量”m0(产生的“引力场”)以速度v运动后,激发“空间”变化—— m0对应的“空间曲率”会发生“增大”变化——产生新的“空间”。  [4]

    2.3变化的“空间(曲率)”激发“引力场”变化

    由m0=αK0,m=αK,可有m=m0K/K0=m0/√1-(v/c)2

    m=m0K/K0说明了:

    变化的“空间(曲率)”——空间曲率由K0 变为K,激发“引力场”——“质量” m0会发生的相应变化——产生新的“引力场”(由新的质量m产生的新的引力场)。 [4]

    3.“空间场”

    从上述讨论中,我们可以发现,“引力场”与“空间”的关系,一如“电场”与“磁场”的关系。

    由此,我们不妨假定:“空间”也是一种“场”:“空间场”。

    如果,参考“磁感应强度”B,来定义“空间场感应强度”BO;参考磁场强度H,定义“空间场强度”H0, 并引入“质量流”IO=m/t,其中t为质量m运动的时间;参考“电流密度”j,来定义“质量流密度”jO

    那么,可以得到关于“空间场”与“引力场”的方程组(微分形式)③: [1]

[转载]“空间”是“无源涡旋场”

 

    方程(1)表示:“质量位移(质量通量密度)”DO的“散度”等于该点处“密度”(“质量密度”)ρO;描述了“引力场”的性质,说明了“质量”是如何产生“引力场”的;其本质就是万有引力定律,可以由该方程推导出经典的牛顿万有引力公式,揭示了产生“引力场”的源是质量的分布。

    方程(2)表示:“空间场感应强度”BO的“散度”处处等于零;描述了“空间场” B0的性质,论述了“空间单极子”是不存在的;说明了“空间场”B0是一种“无源涡旋场”。

    方程(3)表示:“引力场强度”EO的“旋度”等于该点处“空间场感应强度”BO变化率的负值;描述了变化的“空间场”激发“引力场”的规律。

    方程(4)表示:“空间场强度”H0的“旋度”等于该点处运动“质量流密度”jO,与时变“质量位移(质量通量密度)”DO的矢量和;描述了变化的“引力场”激发“空间场”的规律。  

    4.“空间波” [4]

    4.1“来源”

    从上述“引力场”与“空间场”方程组可以看出,随时间变化的“引力场”可以感应出“空间场”,而随时间变化的“空间场”又可以感应出“引力场”。“引力场”与“空间场”不是彼此孤立的,两者之间相互联系、相互激发组成一个统一的“引力—空间场”。“引力场”与“空间场”的相互感应,也应该可以导致类似“电场波”的“引力—空间波”的传播。

    空间中有“电磁波”:由变化的电磁场相互激发而产生。[5]

 

[转载]“空间”是“无源涡旋场”
图4 变化的“电场”与“磁场”可以相互激发

 

[转载]“空间”是“无源涡旋场”
图5 “电磁波”传播

    类似地,也可以有“引力——空间波”,简称为“空间波”:由变化的“引力场”与变化的“空间”相互激发而产生。

 

[转载]“空间”是“无源涡旋场”
图6 “电磁波”与“空间波”

    4.2“方向”

    如果质量为m的质点以速度v,环绕质量为M的质量中心作圆周运动,那么“变化的引力场”:以速度v运动的质量m,激发的空间变化的方向,与引力场方向、速度v的方向,三者中两两垂直且符合右手定则。

 

[转载]“空间”是“无源涡旋场”
图7 空间场、引力场、速度方向两两垂直且符合右手定则

    在“空间波”里,“空间场”方向、引力场方向,以及波动传播的方向,都是两两垂直的。波动传播的方向是EO×BO(矢量叉乘)。

 

[转载]“空间”是“无源涡旋场”
图8 “空间波”传播

    4.3“方程”

    如果再引入“空间常数”n0,满足C2s0n0=1,那么我们同样可以得到“引力—空间波”方程④:

[转载]“空间”是“无源涡旋场”

 

    还可以有“引力—空间波”的“波动方程”⑤:

[转载]“空间”是“无源涡旋场”

 

    4.4“引力波”

    从上述的讨论中,可以知道,“空间波”是横波、携带能量、以光速传播、有两个独立的偏振态,这与广义相对论预言的“引力波”是一致的。“空间波”可能就是“引力波”。 [6]

    4.5“验证”

    如果想探测“空间波”, [1]可以首先验证“空间场”,可以用“直流圆筒”或“超导圆筒”对“空间场”进行实验验证(另文讨论)。[7]

 

[转载]“空间”是“无源涡旋场”
图9 “直流圆筒”

 

[转载]“空间”是“无源涡旋场”
图10 “超导圆筒”

 

 

参考资料:

[1]《麦克斯韦方程组》百度百科

http://baike.baidu.com/link?url=f5eLc3HfHUOpjSDjy5uuGcG_yoON7cw8dqYVLuDfS-txE7Z3b-rrveGxbNx2LuGh

[2]《阿尔伯特·爱因斯坦》百度百科

http://baike.baidu.com/view/2526.htm?fromId=2218

[3]《引力》维基百科

http://zh.wikipedia.org/wiki/引力

[4]《“引力—空间波”》

http://blog.sina.com.cn/s/blog_94b2f1e50102vdby.html

[5]《电磁波》维基百科

http://zh.wikipedia.org/zh-cn/电磁波

 (http://blog.sina.com.cn/s/articlelist_2494755301_0_1.html)

[6]《引力波》百度百科

(http://baike.baidu.com/link?url=BN4inDMXq8ufDJmnkF28QEbSxYnuuUsWuL099mesycN7GZRz7qiiWjK-Uw5wUBFE)

[7]《实验“反重力”》

(http://blog.sina.com.cn/s/blog_94b2f1e50102vh2x.html)

[8]相关资料请参考《“引力场”与“空间场”》

(http://blog.sina.com.cn/u/2494755301)

(杨明昆 王严学 杨昭国期待您的交流、讨论  ygyzg@126.com)

 

 

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