万有引力和时空曲率统一的合力探索和研究,原创:小宇宙科学哲学

摘 要

万有引力和时空曲率造成的引力场中试验粒子的相对运动的能量和动量到底来自哪里,或者说引力场中试验粒子的相对运动的合力来自哪里。牛顿的万有引力定律指出引力是万物之间的相互作用,两物体间的万有引力只与它们本身的质量和距离有关,而与物体所在空间的性质、是否受到其他外力等因素无关,通常情况下万有引力非常小,只有在质量巨大的星体间或其附近空间才有意义。爱因斯坦的相对论认为,引力是时空弯曲导致的,也就是物质之间相互作用的引力其实是一种时空曲率,只有物质的密度ρ被当成引力场的源,并考虑一个连续分布的能量和动量,才能产生时空曲率,或者说时空曲率是由物质的能量和物质的密度共同产生的。实质上空间任何物体或者物质的运动,都是由物体或者物质所受合力作用条件下而产生运动的,也就是物体或者物质运动轨迹是在合力作用下形成的。既然引力是其余所有力的合力表现,那么就不存在引力子,当然也就无法将引力与电磁力、强相互作用力、弱相互作用力在规范场中进行统一,所以大统一理论中不包括或不存在引力。现根据粒子本身具有的磁极特性,将试验粒子放大,排除和忽略其他外力的影响,采用相对等效的实验模型进行实验,从而发现磁现象做功也是万有引力和时空曲率统一的能量和动量的客观实际来源之一,也就是说磁力是万有引力和时空曲率中引力的合力之一,而且是合力客观来源的主要表现形式。通过实验的方式使星球的自转和公转得以验证。

关键词万有引力;时空曲率;磁现象做功;合力

PACS: 47.65.Cb(Magneticfluids and ferrofluids)

85.90.+h(Other topics in electronic and magneticdevicesandmicroelectronics)

1 引 言

牛顿的万有引力[1]和爱因斯坦的时空曲率造成的引力场[2]都认为引力是物质的质量所引起的,虽然爱因斯坦提到了能量—动量张量,但在引力场方程中却只有物质的密度是变量,其余量都是定量,也就是能量和动量已经事先假定好了。即使按照爱因斯坦的质能方程E=mc²,物质的质量只有在被激发的条件下才会具有能量,或者说物质的质量没有被激发前是不具有能量的,于是我们要问,引力中的能量和动量到底来自哪里?这里就需要从物质的其它特性上着手分析考虑。我们知道,物质是由分子、原子等微粒构成的。按照安培分子电流假说:在原子、分子等物质微粒的内部存在着一种环形电流—分子电流,分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体,分子电流的两侧相当于两个磁极,它使人们认识到磁体的磁场和电流的磁场一样,都是由电荷的运动产生的。然而磁体和磁体间、磁体和通电导体间、通电导体和通电导体间的力的作用都是通过磁场发生的。牛顿的万有引力定律指出引力是万物之间的相互作用,两物体间的万有引力只与它们本身的质量和距离有关,而与物体所在空间的性质、是否受到其他外力等因素无关,通常情况下万有引力非常小,只有在质量巨大的星体间或其附近空间才有意义,这样一方面指出行星围绕太阳公转是万有引力的作用,另一方面又指出星体间的引力与是否受到其他外力等因素无关,这是完全矛盾的。因为行星围绕太阳公转本身就是受到两者间合力的影响,如果只有引力作用,行星和太阳之间只会靠近,不可能远离,而实际上行星在远离和逃逸太阳。爱因斯坦的相对论认为,引力是时空弯曲导致的,也就是物质之间相互作用的引力其实是一种时空曲率,只有物质的密度ρ被当成引力场的源,并考虑一个连续分布的能量和动量,才能产生时空曲率,或者说时空曲率是由物质的能量和物质的密度共同产生的。实质上空间任何物体或者物质的运动,都是由物体或者物质所受合力作用条件下而产生运动的,也就是物体或者物质运动轨迹是在合力作用下形成的。就拿行星围绕太阳公转来说,由于太阳和行星都具有磁场,星际空间分布着电磁场,必然会受到电场力和磁场力的影响,而且电场力和磁场力是变化的,有时候表现为引力,有时候表现为斥力,行星围绕太阳公转会受到向心力的影响,太阳内部的带电粒子是通过太阳风吹散到行星际空间的,当然也会受到太阳风的影响等等。根据以上问题以及星际天体所具有的磁场特性,进行深入挖掘和研究,目的是发现引力的能量和动量的客观实际来源。从而发现磁现象做功也是万有引力和时空曲率统一的能量和动量的客观实际来源之一,也就是说磁场力是万有引力和时空曲率中引力的合力之一,而且是合力客观来源的主要表现形式。

2 磁现象做功模型

2.1 理论模型

根据磁现象的电本质,按照相对等效原理搭建理论实验模型,将万有引力和时空曲率中的试验粒子进行放大,即把物质微粒所具有的磁极特性放大,排除和忽略其他外力的影响,模拟超大质量的天体所具有的磁场特性进行实验,从而验证引力产生和存在的具体原因。

2.2 实 验

实验人:卢山 实验助手:赤壁市一中实验班高三(4)卢婷

目的:观察磁磁驱动,即磁体之间相互作用力的影响。

器材:蹄形磁铁一个、支架一个、大小相同的圆磁珠两个、轨道线两根等。

操作:1.按图安装,摆放实验器材。(如图1)

万有引力和时空曲率统一的合力探索和研究,原创:小宇宙科学哲学

图1实验器材的安装和操作

2.转动磁铁,观察圆磁珠的运动状态。(如图1)

3 实验系统及现象描述

圆磁珠随磁铁的转动而转动,并缓慢围绕磁铁作不规则的圆周运动,自转和公转的方向与转动的磁铁同向。当停止转动磁铁以后,圆磁珠随磁铁的静止而静止。圆磁珠转动时指南针不受影响,说明圆磁珠转动磁场与转动轴平行;圆磁珠转动时指南针受影响转动,说明圆磁珠转动磁场与转动轴垂直。(如图2)

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图2圆磁珠在转动时指南针的方向

4 讨论部分

既然引力是其余所有力的合力表现,那么就不存在引力子,当然也就无法将引力与电磁力、强相互作用力、弱相互作用力在规范场中进行统一,所以大统一理论中不包括或不存在引力。牛顿的万有引力公式F=GMm/r²用于地球上的物体,物体受力包括地球的向心力F₁=mω²R和重力F₂=mg的合力,如果要将所有力都考虑到,还包括地球大气压力和地球的电磁场力等。牛顿的引力理论中场方程就是泊松方程△U=-4πGρ[3],爱因斯坦相对论中的时空曲率的引力场方程△U=-1/2kρc4[4]。这两组场方程实际上是将所有的合力规范在统一的场中导入公式,然后进行计算,这个统一的场就是引力场,但牛顿与爱因斯坦的引力场由于选定坐标系和等效原理的不同,引力场方程也有所不同。

5 结 论

实验采取相对等效原理,所验证的是万有引力和时空曲率造成的引力场中的引力实际就是磁场力,圆磁珠的运动来源于磁现象做功,是由于磁铁的转动才会引起圆磁珠的自转和公转。或者说具有强磁场星球的转动,会引起强磁场涵盖范围内的具有固有弱磁场的星球的自转和公转。使星球的自转和公转能够通过具体实验得以验证。从而为修正万有引力和时空曲率,在以后的天体运行中提出切实可行的思路,也为今后航空航天的发展提供新的方法途径。

参考文献

[1] Abramowitz M,Stegun I.1972.Handbook of Mathematical Functions.New york:Dover Publications,Inc.

[2] Relativistic Celestial Mechanics and Astrometry[迈克尔.索菲 韩文标编著]49页

[3] Relativistic Celestial Mechanics and Astrometry[迈克尔.索菲 韩文标编著]25页

[4] Relativistic Celestial Mechanics and Astrometry[迈克尔.索菲 韩文标编著]51页


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