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物质和空间可以统一吗?

(2012-12-15 21:42:46)
标签:

杂谈

分类: 物理学

空间是物质的基质态

                                    凡伟

                    

摘要:通常情况下,物体的运动与物体的质量有关,但自由落体运动却与物体的质量无关,这就需要进行解释。基于对自由落体运动实验的推理与对比研究发现,自由落体运动之所以跟物体的质量无关,是因为引力的作用对象是分量的;也就是引力的作用对象不是作为物体整体,而是分量:‘基质’,引力的本质是基质之间的结合力‘基力’;又由于力不能脱离物体而存在,在引力的超距作用中就

说明空间参与了引力相互作用,这样就说明空间实际上是物质存在的‘基质态’;

这样就解释了空间的本质,并把物质和空间统一起来,并且从微观上揭示了引力的本质,推广了广义相对论并弥补了牛顿引力理论的不足。

 

关键词:引力;基质;基力;物质;空间

 

中图分类号:NO

                       

引言:

 

对于引力的本质,一直是个迷,牛顿万有引力定律引力与两物体质量的乘积成正比,与距离的平方成反比,但是存在一个问题,那就是引力到底是什么以及引力到底是如何超距的相互作用的?并且还不能解释自由落体运动为什么跟物体的质量无关?这里可以参考文献【1】爱因斯坦广义相对论指出,物体是通过弯曲空间来相互作用的,并且正因为物体弯曲了空间,自由落体运动是‘沿空间梯度’向下运动,所以才跟物体的质量无关.这里可参考文献【2】可是,二者都存在一个相同的问题,没能从微观上解释引力究竟是什么?

经过反复研究自由落体运动时发现:“引力的作用对象不是作为物体整体,而是分量的,这样就能从微观上解释自由落体运动为什么跟物体的质量无关”,进一步推理得出,引力的作用对象是构成所有物质相同的最小单位,可定义为:‘基质’,而引力便是基质之间的结合力,可定义为:‘基力’,并且通过进一步研究引力之间的作用方式时发现:“空间的本质其实质上是作为一种基质态存在”;这样就意味着可以把物质和空间统一起来,从微观上解释了引力的本质,并成功推广了广义相对论。

 

1:自由落体运动与物体的质量无关

1.1:图1为历史上著名的伽利略斜塔实验,通过实验证实,质量不同的两个球是同时落地的,图2为羽毛苹果落体实验,说明落体运动跟物体质量无关。

 物质和空间可以统一吗?

图1 伽利略斜塔实验        图2   羽毛苹果落体实验                                        

Figure 1 Galileo Leaning Tower    figure 2 feather apple falling body experiment

of Pisa experimental    

 

1.2:假如把上面的实验器材变为砖头如下图3所示:图甲:左右各一快,当我们松手后可以就可以发现,由于落体运动跟物体的质量无关,那么左右两边的砖头必然同时落地;如图乙:而如果给左边加一块砖头变为二块,右边不变,由于落体运动跟物体的质量无关,那么,左右两边的砖块也必然同时落地。这也就是说不管你左边加到几块,实验的结果必然显示同时落地。

物质和空间可以统一吗?

                      图3

 

1.3:通过分析以上这个砖头实验我们会发现,左右两边不同数量的砖头之所以会同时落地,其实质上我们知道:虽然左边的为两块砖头,可就在松手的那一刹那,位于上面的那块砖头实际上已经不存在对位于下面那块砖头一个向下的作用力,也就是说两块砖头完全是分离(分量)的,不能看作一个整体,这样不管左手边有多少块砖头相对而言都等于一块;显然,这相当于做一个完全相同的两块砖的自由落体运动实验。

 

1.4:通过进一步推理我们会发现,假如条件允许,即使我们取‘一个砖头原子’和‘一块砖头’来做落体实验,两者必定也是同时落地;这也就是说,即使是同一块砖头,在落体运动的过程中也不能被看作一个整体,而应当是分量的一大堆原子。(这就好比用一碗豌豆做落体实验如下图4所示:当豌豆撒出去时就不再是一个整体,而是变为分量的个体)

物质和空间可以统一吗?

                  图4

 

1.5:考虑到分量问题,通过再进一步推理,即使我们去拿一个比原子小得多的中微子或光子来做同样的实验也是一样的道理;由于所有不同种类的物质都遵循这一原理,这就说明引力的作用对象必然是构成所有不同种类物质相同的最小单位;而物质的共同最小单位只能叫做:‘基质’,显然,引力的本质也就只能是基质之间的作用力:‘基力’。

 

2:空间是物质的‘基质态’

2.1:考虑到引力是如何实现隔空的超距作用的?因为力不能脱离物体而存在,这样,星体之间存在的相互作用就说明了我们所谓虚空的空间就一定参与了引力之间的相互作用,而引力的作用对象是基质,这样从而就说明了空间只能是作为物质存在的一种‘基质态’。

 

2.2:如果空间是作为物质存在的一种基质态,这样我们就可以恰好用来解释爱因斯坦广义相对论的空间弯曲模型。(注:爱因斯坦空间弯曲模型只属于哲学意义上的假设,而这里‘基质’的提出最终解释并证明了这种假设)如下图所示:【3】【4】【5】

物质和空间可以统一吗?

图5    爱因斯坦模型

   Figure 5 Einstein model

 

2.3:通过上述模型可知,空间其实质上就像一张基质网,而基质就像织成‘基质网’的网格。我们在单一的分析空间基质网格随距离变化的作用效果时可建立空间‘基质场’方程:

l 满足关系:

 物质和空间可以统一吗?(1)

 

考虑到物质在空间场中的作用效果时可建立‘物质场’方程:

l 满足关系:

 物质和空间可以统一吗?(2)

考虑到两物质在空间场的相互作用效果时可建作用力方程:

l 满足关系:

物质和空间可以统一吗?(3)

显然,以上这个方程就是牛顿的万有引力方程: F=Gm1m2 /r^2

只是这里引力常数变成了基力常数。

 

并且我们还可以得出加速度公式。

l 满足关系:

物质和空间可以统一吗?(4)

 

3:总结:

通过以上对落体运动的新理解,我们从‘基质’和‘基力’的角度就可以解释自由落体运动为什么跟物体的运动无关,并且一定程度上从微观上揭示引力的本质,同时还可以推导出牛顿的引力方程,并对物质和空间完成了统一。这样就相当于从另一个角度弥补了牛顿引力的一些不足,并成功实现推广了爱因斯坦广义相对论。

 

 

附论:任何能量的扩散传递形式(或作用效果)都遵循距离平方的反比原理。也就是当距离扩大二倍时,所受到的力或能量将变为原来的四分之一。

 

我们知道的,不管是引力场、电磁场、或是声音传播产生的声场,其作用效果都遵循平方反比原理。

比如声音的传播,随着传播距离的变大,我们听到的声音会越来越小,这并不是说声音在传播过程中能量发生损失,所以声音才会变小,而仅属于一种声音能量的扩散形式。

 

而这种扩散形式本质上就是一种能量的(树状)衍射,相当于把一个苹果从分给一个人到分给两个人,量变多而质变少。

 

通常能量的扩散都以球形的方式传播,所以我们可以借用一个圆面来对能量扩散传播进行数学分析和证明。其中我们可以选取圆面的任意一个扇形用三角形的关系来证明。

 

                              图6

 物质和空间可以统一吗?

                                    

                                                             

 

由上图分析可得,当距离扩大二倍(或半径扩大二倍),小三角形的个数变为原来的四倍,这就相当于原先的一份能量被后来的四份平分,故当距离扩大二倍后的能量就变为原能量的四分之一,当距离扩大三倍时,变为原来的九分之一.

满足关系:

物质和空间可以统一吗?(5)

  

 

从以上结论中,我们可以很好的去解释生活中的一些自然现象,比如说,为什么我们之间相距越远说话的声音听起来越小;为什么太阳本质上那么大,而在遥远的我们看来却那么小;为什么在开普勒第二定律中,连接恒星与行星的直线相同的时间内扫过的面积都相等。

 

通过上面的几何方式可以证明,所有不同形式的能量场都遵循平方反比原理,故:这便是上文中‘空间场’能量反比原理的建立基础。

 

感谢上海交通大学教授,中科院雷啸霖院士、美籍华裔物理学家张操教授等的亲自指导和探讨。。。

 

 

参考文献:

【1】 自然哲学之数学原理/(英)牛顿著;王克迪译.——北京:北京大学出版社,2006.1

natural philosophy the mathematical principle / (English) the Newton, WANG KE DI translation. - Beijing: Peking University press, 2006.1

 

【2】 狭义与广义相对论浅说/(美)爱因斯坦(Einstein, A.)著;杨润殷译. ——北京:北京大学出版社,2006.1  45-75页

special and general relativity elementary introduction / (beauty) Einstein (Einstein, A.) the; YANG Run-yin the. - Beijing: Peking University press, 2006.1 45-75

 

【3】 何方飘来两朵乌云:携手相对论与量子论/杨广军,吴玉红主编.——北京:光明日报出版社,2007.6  65-86页

float to where two a dark cloud: hand in hand to the theory of relativity and quantum theory/YANG Guang-jun, WU Yu-hong editor. - Beijing: GUANG-ming daily press, 2007.6 pp. 65-86

 

【4】 大自然的基本力/[美]黄克孙 著;杨建邺,龙芸译;杨建军校. ——上海:上海世纪出版集团 ,2009.8(1—2-4) 4-7页

the nature of the basic force / [beauty] HUANG Ke-sun the; His England, Long-yun translation; England point. -- Shanghai: Shanghai century publishing group (1-2-4) 4-7 pages

 

【5】 20世纪的物理学/(美)亚当斯著;周福新,轩植华,单振国译.——上海科学技术出版社,2006.7 221-224页

20 th-century physics / (beauty) with Adams, ZHOU FU-XIN, porch planting China, Shan Zhen-guo translation. -- Shanghai science and technology press, 2006.7 pp. 221-224

 

 

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