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科技时空 S&T Space_Time
穿梭于科技的时空，激发想象的翅膀; 感受时代的气息; 创造美好的未来 返回上页 学术论坛 联系我们 -------------------------------------------------------------------------------- 论宇宙的相对论性结构 世界为什么是这个样子的？ 自从人类文明诞生以来，人们就一直力图创立一种永恒的、能适用任何事物的科学理论，但是，经过了历史上无数理论的风云变幻之后,现在看来,这种理论是不可能产生的,将来也不可能有。人们开始逐渐意识到,已有的和今后将要出现的科学理论都只是一种过程,历史或许将只留下人类自我能力不断提高的足迹。 在本世纪初,人们从相对论和量子力学出现后所激起的科学观念巨变的狂涛中,已深刻认识到:我们的思维观念和意识并不能完全反映我们感知所显示出来的客观事实 [如迈克尔孙(A.A.Michelson)—莫雷(E.W.Morley)实验;戴维孙(C.J.Darisson)—革末(L.H.Germer)实验等]，它促使我们对自身的思维特征和已有的知识体系基础提出严峻的挑战，其矛头再一次直截指向由于人类自身的存在而产生的根本性问题: 我们该怎样认识世界？我们该构造一个什么样的知识体系基础呢？ .............. 四、物体的相对论性结构力学 引力,也称万有引力,其定律表述为:任何两个质点都要相互吸引,引力的大小和两个质点的质量(m1、m2)的乘积成正比,和两个质点间的距离(r)的平方成反比,引力的方向则在两质点间的连线上。其表达式为 f=(G为引力常数)。这是牛顿在300多年以前所发现的一条力学中最基本的定律,多少年来,一直被人们广泛而深入地应用,而没有被改写。但是,我们如果依照前面所述的相对论性结构的观点,就可能看出:万有引力在理论上就不成立。我们现在知道:观测者不可能从一个或多个角度在客观世界里观测到一个均匀的、连续的、无限的具体事物(相对论性结构的一般表述)。任何的质点相关,同时又具有均匀的、连续的、无限的作用力程,这只能存在于抽象的思维概念之中,并且,最终导致悖论的产生。如塞立格所提出来的著名引力悖论。他认为,如果宇宙空间的是均匀分布的,其密度不等于零,而且宇宙是无限的,则会在天体上出现无穷大的引力。但事实上,我们知道:天体的无穷大引力是根本不存在的。 在本世纪五十年代,美国加利福尼亚理工学院的S.史密斯和F.斯维克观测到: 在某些大星系团内,单个星系或恒星的运动速度非常的快,(如果星系团内没有存在"暗物质")星系或恒星间的引力根本不能阻止星系团的飞散。但是,几乎所有的证据表明,星系团是一个稳定的结构。到了八十年代,天文学家又发现: 在旋涡星系M31内,气体、尘埃和恒星(以及与之有关的行星和它们的卫星)都围绕着一个共同的中心作轨道运动,根据牛顿的运动力学定律计算出来的恒星速度——理论数值比实际观测到的数据明显要小。通过这些观测到的现象,使我们从另一方面也可看出:万有引力可能存在问题。那么问题究竟在哪里呢？并且问题产生的原因又是什么呢？ 我们必须先来分析一下力产生的原因,我们知道，牛顿力学第一定律是:任一物体在未受到外力时,将保持静止或者匀速直线运动状态。物体保持这种运动状态的特征,被称为惯性,具有这种特征的物体、体系,被称为惯性系。因此,我们通常是这样理解,力并不是维持速度的原因,而是改变速度的原因,也就是说:力是物体改变惯性参照系的原因。但是,很显然,这条定律并没有涉及到力产生的实质,即力的来源,并且,在客观世界里,同一惯性参照系并不是连续无限均匀的存在,惯性参照系对于我们观测者来说,只是相对的、近似的、离散的存在。于是,我考虑到,能不能从更深、更客观的角度来研究力产生的原因呢？由此,我根据前面论述的相对论性结构的观点,提出一个新的概念———相对论性结构力。注意,这并非一种新的作用力,而是通过它使我们对力的起因及性质有更深一层的认识和了解。下面,就是我对相对论性结构力所作的概述: 一个宇宙系统(或单个的物体)为了保持某种均衡(动态平衡)的相对论性结构,一方面,它必须以一种方式不得不消耗自身的能量；同时,另一方面,又以另一种方式等量的获取能量,当这种能量转换过程中的能量,作用于另外的宇宙系统(或单个的物体)时,另外的宇宙系统(或单个的物体)的相对论性结构一定发生改变,即有力产生。这便是相对论性结构力。我们从这一段概述可以看出: 宇宙系统(或单个的物体)相对论性结构的维持和相对论性结构的改变,都伴随有相对论性结构力存在。 我们知道,我们能感知的物体都辐射电磁波(光子);那么,我们所感知的宇宙参照系统(界面是电磁波)就会以一定的"轨迹"运动(即宇宙参照系统的"运动轨迹"),以维持宇宙参照系统的存在;又因为,宇宙参照系统与宇宙系统之间是一个密切相关的整体,所以,这就构成了我们所感知的宇宙参照系统的相对论性结构。如果考虑到宇宙参照系统的存在是处在一种相对不变的动态平衡中,或者说是我们这个宇宙参照系统的能量保持不变(能量守恒),那么,宇宙系统(或单个物体)的存在,就必须以一种方式释放能量,减少在宇宙参照系统的能量,同时,又通过另一种方式获取等量的能量,以增加在宇宙参照系统中的能量。这一过程我们怎样列出它的表达式呢？我们从前面已经知道: 电磁波(光子)是我们宇宙参照系统的"界面",而我们所感知的物体质量的能量可以用爱因斯坦的质能方程式得出,且质量是转化为电磁波(光子)辐射能。基于这些条件,我认为,用电磁波(光子)的能量(h*v)作为转化过程的中介,是最简单明了的,表达式如下: (1) 式中xn与yn是每一种频率vn的电磁波(光子)个数,S表示相互作用间的位移,V表示被作用物体所在惯生参照系速率,h为普朗克恒量,c为可知恒量——光速,式中的f就是相对论性结构力,表达式左部是宇宙系统(或单个物体)所付出的能量,右部表示其吸收的能量。如果我们要得出相对论性结构力F的表达式。只需要变换一下表达式(1): (2) 这里特别提醒的一点是: 这两个表达式是在我们这个宇宙参照系统的总能量保持相对稳定不变的前提下,才能成立,下面,结合这两个表达式来具体分析能量相互转化的过程: 一个宇宙系统(可以看作是非相互直接接触的多个关联单个物体),如太阳系,由于它的相对论性结构的存在,因此,太阳每时每刻都在辐射出巨大的能量(每分钟:5.8×1027卡,功率为5×1033马力),这巨大能量的来源是太阳在宇宙参照系统中的质量减少,即宇宙参照系统能量的减少(E=△MC2),同时,另一方面,太阳又通过"束缚"行星以获取能量,即宇宙参照系统能量的增加。(这种束缚便是牛顿所认为的"万有引力")。对于一个宇宙系统中的单个物体(或粒子),如行星,在太阳系的相对论性结构中,它所获得的太阳辐射能量远大于自身辐射能量,因此,我们根据表达式(2)可以看出,它必定受到一个指向太阳的力F(是负值),所以,行星的运动是以一定速率围绕太阳而转动,产生的所谓"离心力"以达到太阳系表象结构的相对稳定状态和内在的宇宙参照系统的能量动态平衡。从这一个意义上,我们可以认为,牛顿"万有引力"可以近似的看成是宇宙参照系统和宇宙系统的维持力。如果宇宙系统保持一定的能量交换不变,即宇宙系统的相对论性结构不变,那么,我们可以把宇宙系统整体作为单个物体(或粒子)来研究。 现在,我们来分析单个物体(或粒子)间的相互作用。对于接触性的相互作用,我先说明一点:由于物质可分性悖论的存在,因此我们无法确定什么是最终"基本粒子",由此,单个物体(或粒子)间相互作用是怎样进行的,便成了难题。但是,如果考虑到相对论性结构以及我们的宇宙参照系统的存在,这个问题的提出已变得毫无意义,因为我们可以用电磁波辐射(光子)能量作为比较中介。 设在无摩擦的情形下,有一物体A,处在与我们观测者保持相对静止的惯性参照系,也就是说: 它与外界的能量交换对于我们观测者是处在与宇宙参照系统相对稳定的状态。当有一恒外力F作用于物体A时,如果物体A继续保持自身的相对论性结构,即能量交换量不变,那么,物体A得到施力物体的能量(辐射)便会使物体A不断改变其惯性参照系,由于物体A惯性参照系的改变,无疑将破坏整个宇宙参照系统的动态平衡,又因为,宇宙参照系统的轨迹并不发生改变,即宇宙参照系统的总能量保持相对不变,所以,物体A就必定以电磁波(光子)向外辐射自身的能量。当恒外力F把物体A加速到接近光速时,恒外力F的施力物体所消耗的能量将通过物体A几乎全部转化为电磁波(光子)辐射掉,相对论性结构力F的表达式完全可以得出这一点： 当V增大到接近光速C时,项将趋向于0,而不变,如果S增大，那么整个项式减小,F减小,也就是说,外力不变,受力物体(A)所受的力F"减小"了。 这就说明了,当物体(A)被外力加速到接近光速C时,施力物体要使受力物体(A)增加相同的速度所付出的能量,比受力物体(A)在低速运动时所付出的能量要多。当然,我们(观测者)也可以认为是物体(A)的质量"增加"了。此时的"质量(m)"与静止质量m0的关系是: 可以看出,上述过程就是相对论中质量相对性产生的真正原因,同时,它还表明了,在我们宇宙参照系统中,能量交换过程中的物体,即受相对论性结构力作用的物体,是不可能达到光速C的,亦即:我们无法在我们这个宇宙参照系统内观测到一个具有连续位移S,连续时间t,而≥c的物体,这也是狭义相对论中两个基本原理之一的光速不变原理的更深一层表述。 如果我们考虑到不是恒外力F的作用,而是一个能量大小一定的力,那么,物体A在加速到一定速率时,(即达到一定速率的惯性参照系中)便会保持这一新的相对平衡状态。如果我们还考虑到宇宙系统间的相互影响(如摩擦),那么物体A在匀速运动过程中,便会不断以电磁波(光子)辐射消耗自身所获得的能量,这时物体A的惯性参照系便会不断改变,直到恢复到原来相对于我们观测者静止的惯性参照系中,这便是我们见得最多的单个物体(粒子)间的相互作用过程。 另外,我们知道,A.爱因斯坦提出的质能方程式是；电磁波(光子)的能量是hv,因此,就可以推出质量全部转化为能量的表达式: = ,又因为,物体转化成电磁波(光子)后，如果不再吸收能量,所以,根据表达式(2)可得: F=m0c2/s。如果考虑到,物体的质量只是部分△m转化为电磁波(光子)辐射能量,那么,其相对论性结构力表达式为: F= (3) 从表达式(3)可以看出,物体辐射出的自身能量,来自自身"质量"的减少,也就是物体本身的相对论性结构发生改变,对于这一点,我们完全可以从核裂变和聚合,化学反应等现象得到证实。 我们通过上面对相对论性结构力的概述以及对它的一些说明和分析,可以看出,如果我们仍然需要本节开头所提到的"万有引力"这个名称,那么就必须肯定以下两点: 1、引力场是通过电磁波(光子)的辐射而存在和维持的。 2、引力场是具有有限作用力程的,并且其场强不具有连续性,或者说场强的非均匀性。 这两点的确立包含有两方面的因素,a、宇宙参照系统的存在;b宇宙系统的相对论性结构的存在。 我们弄清了"万有引力"产生的原因和条件后,自然会考虑到其他三种基本相互作用力,其实,只要是在我们这个宇宙参照系统中,并且宇宙参照系统保持相对的动态平衡,那么,这四种基本相互作用力都可以说是相对论性结构力的不同表象。因为,在理论上,四种基本相互作用力(引力、电磁力、弱力、强力)的统一基础———相对论性结构力已经确立。当然,具体的验证还有待更进一步的研究工作。 我们通过对文章中各种概念和问题的论述之后,似乎会感到,对于量子力学中的内容涉及很少。但事实上,在原子实验中,相对论性结构、宇宙参照系统、相对论性结构力学等概念会更容易得到验证和说明。因为在原子实验中,"非常"条件更为突出,更为复杂,并且,"量子"本身这个概念就意味着不连续,也就是说,量子可以看作是物质相对论性结构在微观意义上的表述。我想,海森伯所提出的测不准关系(类似“胶片悖论”在微观世界的表述)△E＊△t≥h,狄拉克的弦模型等等,都可以从上述的一系列概念中得到更为基本、全面的解释,虽然本文没有作出详细的论述。 总之,我想,通过对相对论性结构的存在以及有关概念的了解和认识,无疑将使我们人类的科学认识水平发展到一个充满光辉的阶段。 1992年2月16日完成于长沙 作者:刘岸 后记：记得七年前，这篇论文提交给一本自然科学杂志的副主编评阅。当他看完论文后对我说：你的论文写得太超前了，太深奥了，看不太懂。我当时没有回答他，心想过几年再说吧。时间过得真快，一转眼过了七年。从近几年的天文观测和量子测试（如中微子具有质量等）的发展情况来看，现在已经有越来越多的证据支持我在论文中所作的论述和观点。因此，在本世纪末结束的时候，新世纪到来之前，我谨通过奥科资讯网站对外发布本篇论文，希望能觅到知音进行共同探讨；同时也欢迎大家对论文进行指正。 刘岸 1999年5月 -------------------------------------------------------------------------------- Copyright © 1999 Outclass information technology Co., Ltd. |