,若用神逻辑解说,则越说越神经兮兮。故本文首先要拨乱反正,正本清源。
▲只在此山中,云深不知处。
汽车具有的牵引力,来自汽油燃烧的化学能。那么物体具有的万有引力,来自什么?
牛顿说引力来自物体质量。爱因斯坦说引力来自时空弯曲。还有人说引力来自物体的运动。
究竟哪个说法比较科学?迄今尚无定论。不过,笔者认为,还是牛顿的说法比较合理。
物理是实验科学,要以实验方程为依据
物理是实验科学,要以实验为基础,以实用为目标,不要舍近求远。这是基本的科学态度,然后才可以讨论细节问题。
引力能源之类的问题探讨,还得依据万有引力的实验方程F=GMm/R²。
万有引力的能量,是实体与外力做功无关的固有能量,是固有的势能。
万有引力势能,来自万有引力F=GMm/R²,写成引力势能方程:P=GMm/R…(1)。
现在我们就从方程(1)下手,看看它究竟蕴涵着什么不为人知的天机。
我们有以下几个问题,从现象看本质,一步步揭开引力势能的面纱。
▲透过现象看本质。
把“随行场空间”定为“绝对参照系”
现代物理学出现神逻辑乱象,例如相对论的奇点违背守恒定律,量子论的量子密度无穷大。
一个重要原因是:否定经典论的绝对参照系,乱用相对论的惯性参照系。
事实上,理论物理的参照系是非常复杂的。应用物理的参照系是非常简单的。当然,理论必须服从实践,基于实践的参照系才是可靠的。
笔者曾经强调的“车蝇同行”现象,可以简要说明,基础物理必须把“随行场空间”定义为唯一正确的参照系,即“绝对参照系”,进而确保遵守能量守恒定律,简化物理方程。
车蝇同行现象:在驾驶室,若车内空间与车外空间隔断,苍蝇可以自由飞舞。若车外空间与车内空间连通,苍蝇就无法飞舞。
车蝇同行现象,反映两个物理事实:
①车体的内空间是随车同行的,内空间与车体以同一速度运动,但二者之间是相对静止的;
②苍蝇的飞行速度,既可以把车体作为参照系零点,也可以把内空间作为参照系零点。
根据这两个事实,我们有一个重要结论:
对于一个封闭物系,其子系统参数的测量,可以把其内空间作为参照系零点S(0,0,0,0)。
■内空间绝对参照系的定义:
物系的内空间,因有近似封闭性,可作为子系统的测量基准,叫内空间绝对参照系。
例如,排量2.0的汽车,每消耗1升汽油提供的化学能,可以v=33米/秒速度的动能(½mv²)行驶10千米,另外消耗在摩擦发热上。
这个速度v是以地球系空间为测量基准的。不能以太阳系空间为测量基准。否则要叠加地球自转v’=466米/秒与地球公转v”=30千米/秒。而事实上,v’与v”与发动机输出功率毫无关系。
这就是说,物理参量的测量基准,必须以唯一相对静止的母系统或内空间作为绝对参照系。否则,就必然违背能量守恒与转换定律。
根据万有引力F=GMm/R²,m是试验质量。质量为M的物系总有自己的引力场空间,叫自空间场。在拉格朗日平衡点之内,占主控地位的自空间场,简称自主场。
空间场,是不同自空间的叠加场≈自主空间场,占劣势的自空间可忽略不计。
在地球大气层空间,地球场是自主场,太阳场可忽略。故地球自主场可作为飞行器与人造卫星的绝对参照系。
▲物理思维,最忌逻辑死循环。
■外空间绝对参照系的定义:
物系的自主场,因有近似封闭性,可作为子系统的测量基准,叫“外空间绝对参照系”。
原子核附近的自主场(半径约10皮米)可以作为电子参量的绝对参照系;月球附近的自主场,可以作为月球卫星参量的绝对参照系;木星附近的自主场可以作为木星卫星的绝对参照系。
天体与粒子都是旋转系,惯性系是不存在的。绝对参照系只与物系自空间的自主场有关。
尤其,自空间总是随着物系一同自转与公转的,即空间是所有自空间叠加的旋转空间。
电子的旋转空间与质子的旋转空间,相互切割南北极的引力线,产生电磁感应效应。
月球的旋转空间与地球的旋转空间,相互切割南北极引力线,产生引力相互作用效应。
地球内部所有亚原子的旋转空间,相互切割南北极引力线,产生同斥异吸的地球场效应。
就电子而言,电子以光速自旋,既有电子内空间光速自旋,也有电子外空间的光速自旋。
电子的绕核运动,既有其内外空间的自旋,还有其旋转空间的绕旋,推压或扰动了原子核引力场介质,产生原子光谱精细结构。
当然,电子自旋半径(封闭性三维空间)很小,绕旋半径(非封闭性三维空间)很大,电子可看成质点,可简化为三维方程,避免高维方程。
不难想象,我们涉及的真实空间,其实是充满了不同频率场量子在不断震荡的混沌空间,不是空空如也的安安静静的静态空间。
势能(P)的意思与本质
势能,英文是potential(energy),词根pot与词根pow,fort异源同义,涉及power与force。
power=力量,权力。force=力,武力。两词意思差不多,但用法不同。其隐蔽的蕴涵是:
势能,也叫惯性势能,是维持物质结构的固有能量。只有破坏结构,势能才可能被利用。
势能,是来自亚原子光速自旋产生南北极的负压差激发场介质的引力势能,即P=mc²。
亚原子引力势能在场空间的梯度分布▽·P,即所谓的强力,写成:F=P/R=mc²/R。
电子强力写成:F₀=P₀/R=m₀c²/R。质子的强力写成:F(p)=1836F₀=1836P₀/R。
电子势能写成:P₀=F₀R=m₀c²=0.511M[eV],作为基元势能。质子势能写成:P=1836P₀
电子角动量矩:L₀=m₀cr₀=m₀cλ₀/2π=h/2π,即:L₀=ћ=1.05×10⁻³⁴[J/Hz]。
电子的电荷&质量&势能&角动量矩,都是电子的固有参量,有等效的当量比例。好比有:
功热比:J=W/Q≈0.24 [cal/J]
能温比:k=E/T≈1.38×10⁻²³ [J/K]
能频比:h=E/f≈6.63×10⁻³⁴ [J/Hz]
同理,我们可以有亚原子参数的当量:
电子能质比:P₀/m₀=m₀c²/m₀=c²。
质子能质比:1836P₀/m₀≈1836c²。
电子荷质比:e/m₀≈1.76×10⁻²¹ [C/kg]。
质子荷质比:1836⁻¹e/m₀≈9.6×10⁻²⁵ [C/kg]
电子荷能比:e/P₀=1.95×10⁻⁶ [C/J]。
注意1:势能P=mc²与能量E=mc²截然不同。
笔者的势能P=mc²是物质固有的内能,不涉及动能与位能。狭相总能量E=mc²,还涉及外力提供的动能与位能。在E=mc²推导过程中,由于引入洛伦兹变换因子,其最后一步推导结果是Ek=ʃc²dm=mc²-m₀c²有γ=1/(1-½v²/c²),与γ=1/√(1-v²/c²)是自相矛盾的,故E=mc²与洛伦兹变换因子都是不靠谱的。
注意2:所谓“电子自旋不自转”是伪命题
海森堡测不准公式△x△p≥h/2π作为误差乘积的下限(ћ)是无可非议的。但是,哥派在估算电子自旋半径与角动量矩误差乘积时,本该写成△r△mvr≥h/2π,反而写成r·mvr≥h/2π,其中,r=2.82fm,得出v≥h/2πmr²=137c超光速。若△r△L=5%×5%,则v≥137c×2.5‰,即v≥0.3425c,就不会出现超光速自旋。
位能(D)的意思与本质
势能(P),是惯性物质系统维持自身存在形式的固有能量,势能来自大量粒子光速自旋的角动能的代数和,写成:P=nm₀c²=mc²。
电子,之所以极其稳定,有质量/有球形/有电荷,是因为电子有以光速自旋的基底势能,写成:P₀=m₀c²。
位能(D),是惯性系统因外力作功所获得的并储存的外加动能,写成:D=Ek=△Ep。
位能用D表示的理由:Difference between two potential energies,取第一个字母D。
位能的本质是不稳定储存的动能,或者是外力抵抗引力势能所做的功:D=W=F△x。例如,
地势差具有机械势能,是地壳运动的动能转化并储存高地的地位能。
水位差具有水位能,是阳光辐射动能使水体蒸发转化并储存为高地位能。
电势差具有电位能,是引擎动能转化并储存为蓄电池的化学能。
引力常数(G)的意思?
引力常数G=6.67×10⁻¹¹[Nm²/kg²],就量纲而言,其物理意义是:每两个1kg亚原子强力因同斥异吸弱化的叠加效应,在1m²的引力场球面上产生0.667皮牛的引力。
正比两质量乘积(∝Mm)的意思?
乘积效应,是司空见惯的,可以用叠加原理来解释。引力、引力势能、电磁力、电势能,都有乘积效应。下面给出最简单的证明。
设m=m₁+m₂,有P₁∝m₁,P₂∝m₂;而P=P₁+P₂,故P∝m₁+m₂,即P∝m。
按照这个模式,大家也可证明库仑定律中的电荷乘积效应:F=ke²/R²=kee/RR。
反比场半径平方(∝1/R²)的意思?
把方程F=GMm/R²变成F=4πGMm/4πR²,可见,万有引力与引力场半径R处的球表面积成反比。换言之,天体引力波的波阵面,随着引力场半径急剧放大,引力强度与势能密度急剧减少,可见,引力波与电磁波一样,遵守降频红移,或者叫熵增加红移法则。
把万有引力写成引力波方程
有质量就有引力;有引力就有引力场;有引力场就有引力波。引力波不可能为大质量天体独有;引力波不可能非得有双子合并才会发生。
思路:根据“惯性质量=引力质量”的超对称原理,即:M=4.2R³ρ…(2)
其中,R是引力场半径。引力子质量=电子质量(m₀),引力子半径=波长÷2π,即:r=λ/2π
ρ是引力场平均密度=引力子平均密度,即:ρ=(3/4)m₀/πr³=(3/4)m₀/π(λ/2π)³,有:
引力场平均密度:ρ=6m₀/π²λ³…(3)
由于:①降频红移的速度极其缓慢、②外围体积>>附近体积;因此,可近似以指定波长(λ)作为此范围引力场的平均密度。
进而有此范围的部分引力质量。故公式(32)可直接参与操作。继而可如下推导引力波方程:
F=GM/R²=GVρ/R²=G(4π/3)R³6m₀/π²λ³R²,
有引力波方程:F=(8Gm₀/π)·R/λ³…(4)
该方程意义:引力场强度(F)与引力波传播距离(R)成正比,与波长立方成反比。引力波与电磁波一样,随着场半径不断延伸不断降频红移。
例如,已知太阳光经历R₁=1.5亿千米照射到地球大气层上界的波长λ₁≈300纳米,请估算太阳光经历R₂=200R₁照到柯伊伯带的波长λ₂。
λ₂=(200/1.5)³λ₁=2.4×10⁶×3×10⁻⁷=72厘米。比较离地150万千米的普朗克卫星轨道附近的微波背景辐射的波长7.35厘米,相差10倍。
把万有引力写成强力弱化方程
引力能量来自引力势能,引力势能来自惯性势能,来自亚原子强力因同斥异吸的弱化效应。
引力方程F=GMm/R²,M=Nm₀,m=nm₀,有:F=GNnm₀²/R²…(5)
设强力弱化倍数为Ω,则有
F=GNnm₀²/R²=(N+n)m₀c²/RΩ…(6)
有:GNnm₀=(N+n)c²R/Ω…(7)
则:Ω=(N+n)m₀c²R/GNn…(8)
就试验质量为m而言,n<<N,N+n≈N,
简化(8)为:Ω≈(P₀/G)R/n=1.24×10²⁴R/n…(9)
可见,强力弱化倍数(Ω),与引力场半径(R)成正比,与实验质量的电子当量数成反比。
就离地150万千米重1吨普朗克卫星,强力本来与场半径成反比,故Ω数量级会急剧下降:
Ω=1.24×10²⁴×1.5×10⁹÷(1000/m₀)=1.7×10⁴。
就氕原子引力场而言,半径53皮米处的弱化倍数:
Ω=1.24×10²⁴×5.3×10⁻¹¹=6.6×10¹³。
氕原子内部的万有引力:
■ F万=(N+n)P₀/RΩ
=(1836+1)×8.2×10⁻¹⁴ ÷(5.3×10⁻¹¹×6.6×10¹³)
=4.3×10⁻¹⁴[N]
氕原子内部的电磁力,即核外电子与核电荷之间的电磁感应力:
■ F电=ke²/R²
=9×10⁹×2.56×10⁻³⁸÷(5.3×10⁻¹¹)²
=8.2×10⁻⁸[N]。
氕原子内部的强力,即不考虑同斥异吸弱化或Ω=1的电子与核子的强相互作用力:
■ F强=(N+n)P₀/R
=1837×8.2×10⁻¹⁴÷(5.3×10⁻¹¹)
=2.8 [N]
可见,在氕原子尺度下,在强力基础上,电磁力弱化3亿倍,万有引力的弱化2百万亿倍。
▲简化就是高效,简洁就是真理。
结语
1. 题主所说的引力能量,即规范表述的引力势能,归根结底,来自原子内部固有的电子与质子的强力势能(P=mc²)。
2. 强力势能是用来维持电子与质子独立存在的必备能量。万有引力因为亚原子的总数极大,其同斥异吸的弱化效应越大。
3. 但是,随着引力场半径的不断增大,强力自身的场作用也会急剧下降,故相应的万有引力的弱化级数反而急剧下降。
4. 本文提出把“随行场空间”作为“绝对参照系”,包括内空间绝对参照系与外空间绝对参照系,是简化物理方程的关键。
5. 本文提出的亚原子光速自旋,导出的引力势能公式P=mc²,是解决大统一理论的关键。
Stop here。物理新视野与您共商物理前沿与中英双语有关的疑难问题。
经典物理学曾经给出引力的公式,即著名的牛顿万有定律。万有定律规律表明,两个有质量的物体之间,存在着一种特殊的吸引力,即引力。这个力的大小和两个物质的质量成正比,而和他们之间距离的平方成反比。正是得益于引力,太阳系的八大行星可以围绕着太阳规律地运转,而我们才可以在地球上安稳的生活,不至于轻轻一跳就进入太空。可以说,是引力构建了这个宏大广袤的宇宙宏观结构。
万有引力虽然给出了引力公式,但是他并没有解释引力为何会产生,两个物体之间为什么会有吸引力?又是何种能量维持的这种吸引力?
时间进入了近现代,伟大的科学家爱因斯坦提出了相对论,彻底颠覆了经典物理学观念,当然也给出了引力的解释。爱因斯坦认为,引力来源于空间的几何扭曲。我们的宇宙空间就像一个大的海绵,日月星辰就像上面的弹珠,弹珠会把海绵压弯,质量大的弹珠造成的弯曲程度更大。弯曲的海绵这会使物体具有往下坠落的趋势,而这个趋势表现出来就是引力。这就是引力的来源,也是维持引力初始力量。
如果非要说引力本身的能量从哪里来,那么或许只有归结于组成物质的能量,也可以说是质量。
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