改变宇宙学的力—离心力

宇宙学的危机（14）

李子  李晓露

摘要   本文提出：曲线运动物体存在离心力。并以离心力推导宇宙学的新结论：宇宙空间不存在暗能量；太阳系不存在暗物质；有些星系存在暗物质；离心力是宇宙能克服万有引力的吸引，加速膨胀的原因；地球很可能是宇宙旋涡的中心。

关键词    向心力  离心力

1.前言^[1]

在百度百科《向心力》^[1]一文中，向心力是匀速圆周运动的物体受到指向圆心的合力。

1.1匀速圆周运动（曲线运动）是变速运动

匀速圆周运动的速度方向时刻改变，必定存在加速度．从运动学角度可以证明，做匀速圆周运动的物体的加速度大小为a=v^2/r=(ω^2)r，方向总是指向圆心，因此匀速圆周运动的加速度，叫向心加速度。匀速圆周运动的线速度和向心加速度，虽然大小均不变，但它们的方向却时刻变化。因此，匀速圆周运动是变速运动。

非匀速圆周运动的合外力不指向圆心，合外力的法向分力为向心力。

向心加速度：向心力产生的加速度，只是描述速度方向变化的快慢。

1。2对向心力的认识

（1）向心力是从力的作用效果来命名的，因为它产生指向圆心的加速度，所以称它为向心力。它不是具有确定性质的某种类型的力。相反，任何性质的力都可以作为向心力。实际上它可是某种性质的一个力，或某个力的分力，还可以是几个不同性质的力沿着半径指向圆心的合外力。

（2）向心力为何不把物体拉向圆心

    做圆周运动的物体，速度方向时刻要改变，为了改变物体速度的方向，需要一定大小的力，设想物体没有受力，那么在惯性作用下不是会沿着切线方向飞出去吗？而物体做圆周运动时，向心力的大小 恰好就等于所需要的力，因而它没有“余力”把物体拉向圆心。实际上，给予的拉力大于所需的向心力，就确实会把物体拉向圆心，而如果所给予的力小于所需的向心力，就会在水平切线方向有一个分速度，从而令运动的物体做偏离圆周轨道的曲线运动。        

（3）有没有离心力？

离心力是一种惯性的表现，实际是不存在的。假设若离心力存在，则与向心力相平衡，物体受力平衡，速度方向不会改变，是平衡态，不可能做圆周运动，所以证明离心力并不存在，即离心力是以力的作用效果。

以上是百度百科《向心力》^[1]一文的观点，李子认为其存在一些错误认识。如（3）若离心力存在，则与向心力相平衡，事实是离心力可能大于或小于向心力。

2.离心力

离心力是物理界有争议的一个议题。本文作者认为：任何一个物体，只要发生转弯曲线运动，就会产生离心力F：

F =（m×u^2）÷R   （2。1）

其中m为运动物体的质量，u为物体运动速度，R为转弯半径。F的方向为运动圆周的离心方向。

离心力是一个独立的力，只与m、u、R和圆周的离心方向有关，与其它力无关，这是其与向心力的区别，并且二者方向相反。当运动物体作u速直线运动时，因R为无穷大，则F=0。当运动物体受到外力f，作转弯运动时，离心力同时产生并起作用，当F=f时，运动物体作圆周运动，当F>f或F小于f时，则运动物体的运动方向取决于u的方向、大小和F-f合力的方向、大小。

3. 离心力测量实验

离心力是否存在，完全可以通过实验的方法进行验证。

在一个可以稳定旋转的圆平板上（曲率=0），滴上一点水（或放上砂石），控制其逐渐增加角速度（ω），观察水（砂石）的运动方向。因为在此平板上不存在向心力，只有与线速度相反的旋转摩擦力（方向是不断变化的）。如果离心力存在，则水（砂石）必然会掉下来，当然，要离心力大于摩擦力才会出现，因此角速度（ω）必须要达到一定数值。

如果离心力不存在，则水（砂石）的运动方向应该与圆平板旋转方向相反，作圆周运动，角速度（ω）再大也不会掉下来。做下实验就会有结论（作者实验结果百分之百掉下来）。

本文作者接满了一桶水，将水旋转起来，水作匀速圆周运动，观察实验现象。如果匀速圆周运动产生向心力，则水必然向圆中心聚集。如果匀速圆周运动产生离心力，则水必然向圆中心相反方向聚集，实验结果：水向圆中心相反方向聚集，离圆中心越远，线速度越快，水聚集得越高，这充分证明了：匀速圆周运动存在离心力。

高速直线运动的汽车、高铁，在转弯时，如果不使路面倾斜产生向心力（重力的分力），抵消离心力作用，则离心力会使汽车、列车发生离心事故。如果圆周运动离心力不存在，而路面倾斜可导致汽车、列车向心翻倒，那为什么要使路面倾斜呢？

4.宇宙速度

航天器沿地球表面作圆周运动时必须具备的速度，叫环绕速度。当航天器脱离火箭环绕地球运动时，对航天器进行受力分析，如果圆周运动离心力不存在，它只受到地球万有引力，则它应该落到地面。

当航天器速度保持离心力等于地球万有引力时，则航天器可以围绕地球作圆周环绕运动。而当航天器速度保持离心力大于地球万有引力时，则航天器必能脱离地球吸引，走入太阳系。因此，离心力的大小只与航天器的速度、质量、圆周半径有关（是独立的力），可以大于、小于或等于地球万有引力，而航天器的向心力只能是地球的万有引力，并且，二力方向相反，这是二者的区别。当改变航天器速度，二力不相等时，就会产生向心或离心加速度，发生运动方向和向心位移的改变。

5.离心力推导的宇宙观点

5．1宇宙不存在70％暗能量。根据离心力与万有引力公式可得：地球与太阳的离心力与万有引力（向心力）基本相等，则地球与太阳的距离不膨胀，不存在任何暗能量。

如果暗能量在宇宙空间中均匀分布，则太阳系必存在70％的暗能量，必然存在宇宙加速膨胀的相斥力，使地球克服太阳万有引力的吸引而远离太阳。然而，地球在40多亿年的时间里，并没有克服万有引力的吸引远离太阳。这一事实证明：太阳系不存在暗能量。并且，因暗能量在宇宙空间中均匀分布，则宇宙空间不存在暗能量。

5．2宇宙可能存在暗物质。太阳系不存在暗物质。如果太阳系存在暗物质，因其质量和万有引力必然改变地球的运动轨迹，而观测事实并不存在。

大约65年前，第一次发现了宇宙暗物质存在的证据。当时，弗里兹·扎维奇发现，大型星系团中的星系具有极高的运动速度，除非星系团的质量是根据其中恒星数量计算所得到的值的100倍以上，否则星系团根本无法束缚住这些星系^[2]，以离心力和万有引力推算，该星系应该存在暗物质。

到了80年代，占宇宙能量密度大约20%的宇宙暗物质已被广为接受。然而以离心力和万有引力推算，至少太阳系不存在暗物质。

5．3宇宙能克服万有引力吸引，加速膨胀的原因。宇宙的运动都是旋涡型的，根据离心力公式可得：圆周运动物体必存在离心力，当宇宙的万有引力等于其离心力时，则相关星系的距离基本不变。当u过大，万有引力小于离心力F =（m×u^2）÷R时，则相关星系的离心距离会增大，宇宙“膨胀”。这是宇宙能克服万有引力的吸引，加速膨胀的原因，与暗能量没关系。同时表明，越远星系线速度u越大，加速离心膨胀。

地球围绕太阳公转是椭圆轨迹，在相同时间内扫过的面积相等，因此，地球在近日点线速度快，离心力必大于万有引力，迫使地球离远太阳；而地球在远日点线速度慢，离心力小于万有引力，又使地球靠近太阳。

5．4宇宙可能以地球为旋转中心

如果宇宙的运动都是旋涡型的，则必然存在旋涡中心。因根据哈勃定律宇宙各方向相对地球红移相同，则地球可能是宇宙旋涡的中心。如果不是，则地球至旋涡中心的连线上，必然存在其他恒星，有的向地球方向膨胀，有的向离远地球方向膨胀（超过旋涡中心后）。而在另一方向上，其他恒星都是向离远地球方向膨胀。二个方向红移量在相同距离不可能对称。哈勃定律告诉我们事实不存在这种情况。因此，地球很可能是宇宙旋涡的中心。这将改变宇宙学不存在宇宙中心的观点。

6.离心力的应用

浓缩铀厂的离心机提炼核子原料。洗衣机离心水分都是利用离心力。此外，研制高速运动飞行器，都面临转弯运动的受力分析，离心力将是一项研究的重要内容。

7.写给未来学者的话

哈勃定律是观测的事实，可以实践验证。但对宇宙的判断不能局限于运动产生的多普勒红移。李子更怀疑宇宙红移、微波背景辐射是同一原因所导致，并且是非运动红移。我的梦想是在有生之年能亲手做这个实验。我要告戒未来的学者：当代主流物理学家们以相对论为真理，将所有精力、时间和财力都用在相对论的证实、推导新观点上，以此能获得诺贝尔奖而自豪，这种将不自洽的理论当成真理的行为，正在离真相越走越远…。

参考文献

[1]向心力(百度百科)

[2]离心力(百度百科)