| 进化的力学 作者：董银立 前 言 追求真理可以是任何人的欲望，但它应该是职业学术人士的义务。喜欢物理的朋友，有那位不希望物理学是天下最美的真理呢？但事与愿违。面对物理学中的深层次的一些矛盾，我们不应忌讳它。经典物理学中存在矛盾，这已是不争的事实，也正因此它才招来了包括爱因斯坦、马赫、彭加勒等众多科学家的批评。但他们批评过了并不等于我们就无权再批评了，因为这些批评者中唯一所谓的成功者——爱因斯坦创立的相对论所招来的批评并不比经典物理的少。 本书将用最通俗的语言表达出伽利略相对性原理、牛顿运动定律、麦克斯伟电磁理论及狭义相对论中的重大错误，并将用最完美的理论解决这些困难，我们是在苦苦呐喊数年未果的情况下才私自出书的，希望能与公众分享物理学的美妙，但愿该书不会被列为禁书，但愿我们不会因此而蒙上罪名。 欢迎有识之士加入求真学派，她很可能会给您带来收益。 第一章 经典力学在宇观的推广 第一节 经典力学的错误 正如大多数力学著作所说的那样，牛顿力学的最大缺点在于它没有说明“运动”（速度）、“运动的改变”（加速度）是相对那一个参照物的。牛顿当然知道力学所面临的这个困难，因此牛顿不得不引入一个第三者—“绝对空间”。牛顿认为绝对空间是绝对静止的，他所研究的运动就是相对该绝对静止系的“绝对运动”，即加速度a 的值（F/m）是相对该绝对静止系的，或者说是相对于经典力学所谓的“惯性系”的，（即经典力学进一步把牛顿的观点明确为：绝对空间以及相对于绝对空间匀速直线运动的参照系就是惯性系）由此而引出来的困难太多了。 第一个困难 即牛顿力学中的逻辑循环问题，如果问牛顿运动定律在什么参照系中成立，回答是惯性系中成立；再问什么是惯性系，回答是牛顿运动定律成立的参照系就是惯性系。形成了逻辑循环（爱因斯坦和英费尔德在《物理学的进化》中对这里存在的矛盾作过详尽的分析）。也就是说惯性系我们还没有找到，事实上惯性系根本就不存在。因为我们根本不能在宇宙中找到一个不受外力或所受合力为零的物质，而只有该物质才是经典物理所说的惯性参照物（系），牛顿假想的“绝对空间”并非真正的物质，它只是一种精神产物，不能用来当作参照物。而且没有一种实验能证明“绝对空间”的存在，即任何企图证明地球相对绝对空间绝对运动的实验都以失败告终了。 牛顿为绝对空间的存在提出了一个判据，即“牛顿水桶实验”，牛顿认为旋转的水面是凹的，是因为旋转的水是在相对绝对空间做加速运动，即水相对绝对空间或惯性系具有向心加速度，因此水面是凹的，而只水桶旋转时水面是平的，是因为这时水虽然相对桶皮做加速运动，但水相对于绝对空间或惯性系的加速度是零。 首先对“牛顿水桶实验”提出批评的马赫，马赫认为水面呈现凹面是水相对于地球及无数遥远天体旋转的结果。我们认为牛顿及马赫的解释都不正确，正确的解释为，水只要相对地球（更准确的说是相对地球重力场）旋转时，水面就呈现凹面。解释如下： 我们可把“牛顿水桶实验”简化为加速运动的水杯中的水的水面将不再水平，而变的一边高一边低。我们的解释是，水杯只要相对地面或地球重力场做加速运动，水面将一边高一边低，即如果我们在四周有刻度的水杯中加入水，我们把该水杯固定在地面上或地球重力场中，那么水面四周所对应的刻度将永世不会改变，虽然我们知道地球本身也在做加速运动，而且6点钟时地球的加速度向东，大小为0.006米/秒平方(相对太阳)，18点钟时的加速度向西,大小为0.006米/秒平方(相对太阳)，“0.006”这个数字相对于具有高超实验水平、精确测量工具的人类来说，是一个非常巨大的数字，但是无论何时何地该水杯中的水将纹丝不动，即使太阳的质量突然增大一亿倍，地球或水杯的加速度也突然增大一亿倍，但该水杯中的水仍将纹丝不动。 再如：我们装在导弹或汽车上的惯性导航系统可以精确（其精度要比地球相对于太阳的加速度小的多）地记录下导弹或汽车每时每刻的加速度，但我们装在地球上的该系统却永世不能测出地球相对于其他天体的加速度。 这些现象一点也不奇怪，原因也十分简单，即实物的引力质量等于其惯性质量。即头发相对于太阳的加速度完全是由太阳对头发的引力提供的，而非头皮对头发的拉力。也就是说地球是一个绝对精确的惯性系（这在经典力学看来是大错特错）。 可悲啊！创造了高超文明的人类，居然不知道呈现凹面的水在相对什么参照物做加速运动，虽然我们的教科书尽量回避这类问题，但我们应知道这个问题是无法回避的，因为如果找不到惯性系，牛顿运动定律会因此而失去任何意义。 由此可见，旋转的水面呈现凹面只能证明地球的存在（把“牛顿的水桶”水桶放到地球的南极或北极，无论地球是一天自转一圈还是一天自转1000圈，水桶中的水仍为绝对平面。）；自转的地球变扁只能证明太阳的存在。它们都不能证明绝对空间的存在。 第二个困难 即近代光学实验和电磁实验与伽利略相对性原理的矛盾。该矛盾也是由“绝对空间”、“绝对运动”等概念导致的，正是这种矛盾导致了相对论的出现。 狭义相对论企图通过否定经典时空观来否定绝对运动，但是，狭义相对论并没有确立运动的完全相对性，因为惯性系在狭义相对论中仍然具有象在牛顿力学中一样的特殊优越地位，加速度也仍然具有绝对性，和牛顿水桶实验类似，在狭义相对论中也有双生子佯谬这样的判别性实验，通过比较重新会合的双生子哪一个比较年轻，就可以确定谁经历了加速运动。而只要运动的绝对性仍然部分存在，就不能说已完全否定了绝对空间。狭义相对论仅仅“前进”到这一步却付出了否定时间和长度的定义如此大的代价。 我们认为，时间、长度的定义是物理学的基本假设，即假设时间是均匀流逝的，不随参照系的不同而改变，物体的长度是客观的，不随我们所选择的参照系的改变而改变，没有这两个主观假设就没有速度的定义，更不会出现物理学，正如在数学中我们主观规定了每一个自然数与下一个自然数之间的间隔是相等的一样，我们无权通过否定这些基本假设来为一些难题寻找答案。 事实上，人类在定义时间时根本不知道光是什么东西，也不知道光的速度是多少，在时间未有定义之前，我们根本无法测量光速；事实上，光作为一种时钟读数的信息载体并非时间本身，它与时间毫无关系，它就象电影胶片一样，我们看到了60年代的记实片不等于我们就回到了60年代。 假设并不可怕，因为只有人类才需要假设，可怕的是我们不承认我们使用了假设或不知道我们使用了假设（事实上，经典力学中还隐藏着第三条假设，即空间是不存在引力场的绝对真空。）。我们是通过否定绝对合外力来解决这个困难的，内容如下： 第二节 力学的进化 我们认为新的运动定律应为；a=F/m，它与牛顿运动定律在数学形式上是相同的，但我们规定： 第一、所研究物体受的合外力F是不考虑除了该物体所在星球对它的万有引力（即重力）之外所有其他星球对它的万有引力的，即该合外力F是相对于所在的星球这个参照系的。 第二、所研究物体的加速度是相对于所在的星球的而非相对于所谓的绝对空间的。 第三、新运动定律成立的参照系为新惯性系。 牛顿运动定律的错误就在于他没有考虑其他星球对他所研究的物体的万有引力，却认为该物体的加速度不是相对地球的，而是相对于所谓的绝对空间或经典惯性系的。 牛顿没有考虑其他星球万有引力的证据如下： 1、牛顿运动定律从来没有提到过太阳引力的影响； 2、经典力学受力分析时除了考虑重力外，根本不考虑其他万有引力； 3、牛顿是先发现三大运动定律，十多年后才发现万有引力的，即牛顿在研究运动定律时，根本不知道到太阳对他所研究的物体存在引力作用，更不知道该引力的大小是多少（当时也不知道重力就是万有引力产生的）。 事实上，在人们知道宇宙中共有多少个天体，以及它们的质量、离地球的距离之前，我们根本无法知道我们所研究的物体受到的绝对合外力，既然不存在绝对合外力，又怎能存在绝对加速度（即经典物理所谓的相对于绝对空间或惯性系的加速度）呢？ 我们的教科书教导我们说，“在对物体进行受力分析时，不能漏掉物体所受到的实际存在的力，也不能凭空想象出实际不存在的力。”但事实上，这两点经典物理一个也没有做到，首先牛顿运动定律没有考虑物体所实际受到的太阳以及其他星球的万有引力；其次牛顿运动定律在研究物体运动时考虑到了重力，然而重力是万有引力与地球自转离心力的合力，而离心力是惯性力，经典物理认为惯性力是一种假象力，是一种“虚力”，可见，重力（实力与虚力的合力）是凭空形象出来的！ 由于经典物理没有考虑其他星球的引力，事实上就是引入了第三条假设，即空间是不存在引力场的绝对真空，所以我们根本不必考虑地球相对太阳的公转；由于我们受力分析时使用的是的是重力，而重力并非真正的万有引力，它是万有引力与惯性力的合力，所以我们根本不用考虑地球相对太阳的自转，就可以大声宣布，地球是一个绝对精确的惯性系，但我们必须承认这是建立在第三个假设之上的。 从以上观点我们可以得出以下三个相对性原理： 第一个相对性原理（实质上就是伽利略相对性原理）是宏观方面的，即在相对地球或地球重力场静止或匀速运动的参照系（即新惯性系）中，运动定律都有相同的数学形式：a=F/m 。 第二个相对性原理是宇观方面的！即在任何一个星球上，运动定律都具有相同的数学形式：a=F/m 。即任何一个星球都是一个绝对精确的惯性系，而于该星球的运动状态无关。 第三个相对性原理，任何星球上的光电实验都有相同的结果，任何星球上都有相同的光速。而与该星球的运动无关。 第一个相对性原理即伽利略相对性原理是直接建立在第三个假设（空间是不存在引力场的绝对真空）之上的，因此它只适用于宏观方面，但由于经典物理无视第三个假设的存在，而在宇观方面推广，最终导致了一系列尖锐的矛盾。举一个简单的例子，我们就能认识到该相对性原理的局限性，例如，我们假想宇宙中有一个甲星球，它的质量、体积与地球相同（这主要是为了排除由于星球表面重力加速度的不同而造成的不同感觉），但由于空间存在引力场，我们假想甲星球相对地球的加速度为100米/秒平方，在甲星球和地球的水平面上分别停放着一辆火车，我们分别到这两个火车上做实验却发现：在这两个火车上运动定律a=F/m 都绝对精确的成立，任何力学实验都具有相同的结果，我们根本无法区分我们是在地球上还是在甲星球上。要知道，如果人坐在加速度为100米/秒平方的飞机中时，他将感觉非常痛苦，而且有骨折的危险。这个实验就足以把该相对性原理限制在宏观领域，因为在伽利略相对性原理看来，我们不能区分的仅仅是静止与匀速运动，但事实上我们甚至连加速运动与匀速运动也无法区别，如本例。 第二个相对性原理在经典力学看来是错误的，但实验证实它是正确的。我们认为第二个相对性原理的意义是，它指出了一切运动都是相对的，描述物体运动状态的物理量：速度、加速度都是相对的，物体受的合外力也是相对的。请注意，我们之所以说这里的加速度是相对的（虽然它仍是相对新惯性系的），是因为新惯性系本身就是相对的，即任何一个星球，虽然它门之间相互做加速运动，但是它门都是新惯性系。我们发展了力学，但我们却没有抛弃惯性系，这是因为只有在惯性系中运动定律才具有最美好的形式：a=F/m ，让我们听听马赫的教诲吧，“现在我们可以用两种方法来解决这一困难，或者一切运动都是绝对的，或者惯性定律表达的不正确。我定愿采取第二种方法。必须这样来构思惯性定律，使得由第二个假设能够得出与第一个假设相同的结果。由此，虽然在惯性定律的表达式中必须注意到宇宙的众多物质。”我们想这“相同的结果”可能就是相同的数学形式吧！其实任何企图把惯性系从力学中驱逐出去的努力都以失败告终了，虽然爱因斯坦和英费而德在《物理学的进化》中言，“我们可以把绝对运动和惯性坐标系的鬼魂从物理学中赶出去，而建立一个新的相对论物理学。”然而在以否定时间、长度定义为代价的狭义相对论中，惯性系却仍然具有像在牛顿力学中一样的特殊优越地位。广义相对论又如何呢？在王福山主编的《近代物理学史研究》中言，“爱因斯坦最初受‘马赫原理’的启发，要求承认加速度也是相对的，而提出广义相对论，但根据目前对广义相对论的理解，它也不是关于非惯性系的一般理论，而是在引力情况下惯性系的局域化理论，所谓‘等效原理’也只是一个局部定律，而不是整体定律。”可见想把惯性系从力学中驱逐出去是不可能的，我们只有找到了惯性系，才能找到出路。 第二个相对性原理使得力学不必再依赖绝对空间的存在而自成体系了，我们必须认识到牛顿是情不自禁地把绝对空间引入到力学中的，而绝对空间、经典惯性系等概念一直是包括爱因斯坦、马赫、彭加勒等在内的所有批评者进攻的对象。留着辫子让别人抓，不如我们主动把它砍掉。 第三个相对性原理可能比第二个相对性原理较难被人们接受，事实上既然第二个相对性原理否定了绝对空间及绝对运动存在之后，那么光速就不可能是相对绝对空间的了。因此我们就不必为地球上的光速各向同性而感到惊奇或可怕了。在经典力学看来，所有匀速运动的参照系都是惯性系，但在这无数多的惯性系中有一个“母惯性系”，它就是绝对空间，于是在经典力学中，绝对空间就理所当然地成了加速度以及光速的参照物，但遗憾的是这与实验不符。在我们的理论中，新惯性系的“母惯性系”当然只能是星球的重力场，因此也就只有重力场才能成为加速度以及光速的参照物，所不同的是，这里的“母惯性系”有无数多个，而经典力学中的“母惯性系”只有一个。可见空间充满了引力场，绝对真空是不存在的，而引力场正是光速的参照物以及光波的媒质。也正是人们没有认识到第三条假设的存在，才致使后人又象牛顿引入绝对空间一样也不得不再向经典力学中引入“以太”。人们主观上给以太想象出来的一些奇怪的特征不正好是引力场所客观存在的特征吗？空间充满了引力场，而属于星球的那部分引力场是随星球一起运动的，不正好是菲涅尔的部分以太曳引假说吗？因此每个星球表面上都应有相同的光速。 第三个相对性原理可以解释一切经典物理难以解释的近代光学现象，却不改变时间、长度定义，而且可以解释狭义相对论不能解释的光波多普拉现象。该相对性原理与狭义相对论中的光速不变原理是不同的，因为第三个相对性原理与第一个相对性原理（伽利略相对性原理）是相容的，因为一个是宇观的，一个是宏观的，即我们认为地球上的光速是C，相对于地球以速度V运动的别的星球上的光速也是C，但相于地面以速度V飞行的飞机上测量光速是C+V，这是有实验事实支持的，即多普拉雷达原理，对于同一束雷达波，飞机静止时与飞行时飞行员所测的频率不同，而军事专家可以直接使用伽利略变换就可以正确计算出飞机相对地球的速度，他们根本不必学习罗伦兹变换。而光速不变原理与与伽利略相对性原理是矛盾的。我们先不考虑这些问题，也不考虑其否定时间、长度定义的做法对与否，也不考虑其中是否存在逻辑循环。我们先仅把争论集中在如下问题上：我们是应该把伽利略相对性原理限制在宏观领域呢，还是应该限制在低速领域呢？考虑到如果把它限制在低速领域的话，就将产生一个不可超越的极限速度的困难：我们认为宇宙是无限的，宇宙的质量也是无限的，而在如此一个宇宙中却存在一个极限速度是不可思议的，并且该极限速度仅为地球相对太阳速度的一万倍；考虑到我们是在考虑到一个重要线索的基础上得出结论的，该重要线索是：实物的引力质量与惯性质量相等，而狭义相对论却与该线索是矛盾的，如李醒明在《激动人心的年代》中言：“爱因斯坦是在建立狭义相对论后就试图着手建立引力的相对性原理。爱因斯坦起初想在狭义相对论的框架内构造引力理论，但存在一个难以克服的困难：根据狭义相对论中的质能关系式，物理体系的惯性质量随其总能量的增加而增加，但是根据1890年厄缶实验，物体的引力质量却与它的惯性质量相等，这显然与日常经验和该结论前提相矛盾。”；考虑到我们是应该否定绝对合外力呢还是应改变时间、长度的定义呢？绝对合外力是不存在的，至少我们无法知道任何一个物质受到的绝对合外力已是不争的事实，而时间、长度定义是人类主观规定的最基本的假设，我们无法判断它的对与错；考虑到我们似乎根本付不起这个代价，如在《普通物理学》中言“牛顿运动方程，他自己给出的形式为f=d(mv)/dt，通过简单的数学变形得f=ma, 以后我们在讲到相对论时，知道物体的速度接近光的速度时，物体的质量将显著的改变，这时方程f=ma不再成立，但实验指出，方程f=d(mv)/dt仍然有效。”这意味着什么呢？意味着如果我们承认狭义相对论的话，就必须否定我们的整个数学体系！我们应该作出判断了吧！ 第二章 经典力学在微观方面的推广 《电动力学》中言：“为什么用显然错误（不考虑‘辐射阻尼力’）的方法算得的结果会跟实验很好地符合呢？”《电动力学》认为正确的方法应是这样的：“电子作加速运动时激发电磁场，向外辐射能量和动量，这种辐射场的反作用称为辐射阻尼力F阻，所以一个受外力F外作用的质量为m的带电粒子，就按牛顿运动方程而运动：ma=F外—F阻 ，但其荒谬的结论表明《电动力学》的局限性。” 我们认为，牛顿在创建经典力学时，可能不知道人们将来会发现另一种物质—电磁场，牛顿也没有说过他的运动定律适用于运动的电磁场，所以上述困难并非牛顿惹的祸，我们不应把所有责任都推到牛顿身上。 我们认为牛顿运动定律a=F/m只适用于实物质，而电磁场是一种与实物质有本质区别的物质，如彭加勒在《科学与假设》（李醒民译）中言：“故微粒—即所谓电子—当有两种惯性：力学的惯性和电磁的惯性。Abraham先生和Kaufmann先生，一位是计算家，一位是实验家，曾协力做这两种惯性的研究。因此他们不得不承认一种假设；当速度变更时，真正的质量，即力学的质量不变，这可以说原是它的定义；但有助于表观质量的电磁惯性，则随其速度按某定律而增加，研究结果真是可惊：真正的质量等于零。”我们应从中受到启发，牛顿运动定律a=F/m是只适用于“力学的惯性”呢，还是既适用于“力学的惯性”也适用于“电磁的惯性”呢？其实前辈们的尝试已经给我们提供了宝贵的经验，即如果对这两种惯性一视同仁的话，我们将得出一些不可思议结论或假设，如：物质的质量随我们主观选择的参照系的不同而改变；长度随我们主观选择的参照系的不同而改变；甚至还得假设“在被匀速平移所激励的世界中，力不管它们的来源如何，是重力还是弹性力，都按照某一比率减少；或者更精确地说，对于垂直于平移的分力而言才会发生这种情况；平行于平移的分力不会变化（《科学的价值》彭加勒）。” 可见，我们应该承认电磁场是与实物有本质区别的一种物质，场与实物的共同特征是它们都有惯性质量；场与实物的区别是：实物的惯性阻力本质上是万有引力，为什么呢？原因是实物的惯性质量与其引力质量相等：而电（磁）场的惯性阻力本质上是一种电（磁）场力，为什么呢？原因是电场的引力质量是零，电场不受万有引力作用，所以其惯性阻力不可能是万有引力而只可能是电场力。 我们的第一个证据是：有两个小球，一个带电，一个不带电，用天平测得它们受的万有引力相同，但用同一外力作用于这两个小球时发现，带电小球的加速度小于不带电小球的加速度，可见电场没有引力质量却有惯性质量； 我们的第二个证据是彗星尾巴现象，历史上对彗尾的解释首先是光压说，但是近代物理学家发现光根本不具有如此威力，甚至光是否存在压力都受到了人们的怀疑，如彭加勒在《科学与方法》中言：“直接的实验验证是不容易得到的。首次努力导致了辐射计的建造。这个仪器发生了逆转，其方向与理论方向相反，自从它被发明以来，对它的旋转的解释是完全不同的。最后，一方面使真空装置更完善，另一方面不给叶片一面涂黑，直接使光线束照射在叶片一面上，终于取得了成功，辐射度的影响和其他扰动原因经过一系列的预防办法被消除了，人们得到十分微小的偏离，不过这看来好象是与理论符合的。”然而当前些日子媒体披露密立根油滴实验是一个骗局后，我们似乎更有理由怀疑这个实验了。 我们有权利欺骗自己，却无权利欺骗别人，因为我们不是教皇。 军事专家的观点更支持我们，《军事学教程》中言：“激光武器的特点：不产生后坐力，是一种无惯性武器。”近代实验也发现原子核向外发射出能量极高的 Y 光子时并不做反冲运动（近代理论认为能量越大的光子其动量越大）。我们应该怀疑麦克斯伟所预言的光压了。后来又转用太阳风来解释彗尾，但目前的研究发现，地球外的宇宙射线是各向同性的，来源于太阳方向上是宇宙射线并不比其他方向上是多，而且宇宙射线来源于那里至今仍是个迷，后来人们发现宇宙射线中有一些“低能质子”的多少与太阳黑子活动存在某种联系，于是认为“低能质子”就是太阳风，但仍然存在两个困难，一是“低能质子”也是各向同性的，二是我们还不清楚是“低能质子”的变化引起太阳黑子活动呢还是太阳黑子活动引起“低能质子”的变化。 我们认为彗尾形成的原因很简单，它就是一个早已被人们公认的事实：彗尾是带电的。即彗尾的部分物质—电场—只有惯性质量而无引力质量，万有引力不能吸引这部分质量，因此整个彗尾相对于太阳的加速度是由太阳对彗尾的引力及彗核对彗尾的引力（彗尾的重力）两者的合力提供的。 可见我们应把运动定律a=F/m进一步进化为a=F/m引,使得运动定律只适用于实物体而不适用于微观运动的电磁场。在微观，运动定律的形式为a=F/m惯，但我们必须规定这里的合外力F是不包括自感引起的反作用力的，因为该反作用力只是一个“电磁惯性阻力”，正如在经典力学中合外力是不包括惯性阻力一样，但由于我们不习惯把一种电场力（即电磁惯性阻力）当作一种虚力（正如对实物体来说我们不习惯把惯性力当作实力一样），我们将如此来表述电场（磁场）的运动定律：无论电（磁）场处于何种运动状态，它受到的合力都是零。该运动定律可以解释关于电子的一切运动。我们先表述一下电子的特征：《电磁学》和《电动力学》都认为电子（不同于质子）只有电磁质量而没有机械质量，即电子的质量完全来自周围电场的能量。我们认为“电磁质量”和“机械质量”的提法不太合理，应表述为电子只有惯性质量而无引力质量。 电子的第一种运动状态：即导线中的恒定电流，电子在该运动状态下受的合力为零（电场力与电阻阻力的合力）。 电子的第二种运动状态：既在不考虑电阻的纯电感电路中，在该运动状态下，电子受的合力为零（因为自感产生的反电动势正好和外电动势大小相等方向相反）。 电子的第三种运动状态：即在电磁波发射塔中的电子（将在第三章中解释），电子受的合力为零。 电子的第四种运动状态：即在真空中电磁场作用下运动的状态，电子受的合力为零。因为该运动状态其实与上述第二种运动状态是相同的，因为：第一，反电动势的产生只与加速运动的电场（电子）有关，而与导线是否存在无关；第二，电阻为零的纯电感电路与真空对电子的作用效果是相同的，即两种物理模型在本质上是相同的。 下面我们以匀强电场为模型来定量地解出电场的惯性质量： 设上图为一平板式电容器，两极板为边长为L的正方形，两极板间距为s，且L＞＞s，其间为匀强电场E0。假设两极板（包括电荷）的引力质量为零，当一个外力F（如上图，其方向平行于电极板，垂直于电场E0）作用于它时，它必向右以某一加速度值a做匀加速运动，因为只有这样，电容器所在空间内才能产生垂直纸面且匀速增强的磁场B，这个均匀变化的B又产生一个恒定的电场E，这个E作用于两极板的电荷，产生一个恒定的阻力f，f 的大小正比于电容器的加速度a，当a=某值时， f=F。这时电容器（实质是电场）做匀加速直线运动，其惯性质量：m电=F/a。下面来解m电的值。 1，运动的电场E0（运动方向与E0垂直）产生磁场 B0（B0垂直于纸面）。 B0=E0V/C2（V为电容器的运动速度、C为常数其值与光速巧合） 即：dB/dt=E0a/C2（a为电容器的运动速度）--（1） 2，截面积为L*s（电极板边长*极距）的变化的B，在其边界产生一个环形E环。 E环=（dB/dt）×（L×s）/（2L+2s）因为L＞＞s，所以E环=（dB/dt）×s/2=E0a/C2×s/2 ------------（2） 3，m电=F/a=f/a=2E环q/a（q为一个电极板的电量） 把（2）式代入该式得： m电=2（E0a/C2×s/2）×q/a=E0sq/C2 ---------（3） 平板电容器场强E0与电量q之间的关系为： q=ε。E0×L2（L2为电极板的面积）---------（4） 把（4）式代入（3）式得： m电=ε。E20L2s/C2 = ε。E20Ve/C2 （L2s=Ve为E0的体积） 4，电场E0的内能：We=qU/2=ε。E20V/2 所以We=m电C2 /2 （真正的质能方程） 我们解出的质能方程虽与狭义相对论的W=mC2不同，但能量守恒定理能证明我们的是正确的。如下： 以速度v运动的上述电容器产生的能量： WB=ε。E20Vev2/2C2，而以速度v运动的上述电场E0的动能=m电v2/2=ε0E20Ve/2C2 ，两者正好相等，并且等于外力F做的功。 请注意，电场周围的磁能WB来源于何方？其实来源于外力F做的功，电容器受到的阻力f只是一个电磁惯性阻力。对实物体来说，外力克服惯性力作功并不向外放出热量（与摩擦阻力不同），而是完全转换为实物体的动能，而此处F克服电磁惯性阻力f作功并不向外发射电磁波，而是完全转化为电场的动能。该观点在《电动力学》和经典电磁理论看来是错误的，但事实证明加速运动的电场并不辐射能量。如：原子的稳定性（虽然电子围绕着原子核作加速运动）及本章第一段；再如：《量子力学》认为两个电荷之间通过交换“虚光子”作用的，即加速运动的电荷向外辐射出“虚光子”（能量为零的光子）。这也证明，加速运动的电荷不辐射能量。《电动力学》当然知道其中的困难，并把这称为“自身的局限性”，但又无法抛弃这个观点（即加速运动的电荷向外发射能量），这是因为，如果抛弃这个观点的话，它将面临一个更大的困难—电磁波是如何产生的呢！？（我们将在第三章中解释） 也许有人要批评我们了，他们说，运动的电子周围存在着“速度场”和“加速度场”，而电子的动能仅仅储存在“速度场”中，而“加速度场”是要向外辐射电磁波的。 我们认为“速度场”本质上是磁场，其强度与电子的速度成正比，其能量（磁场能）与速度的平方成正比，“加速度场”本质上是电场，其强度与电子的加速度成正比，其能量（电场能）与加速度的平方成正比，但加速度场与速度场一样，它们只是储存能量，并不向外辐射能量，而且正是加速度场（电场）作用到了电子身上才产生了电磁惯性阻力。让我们看看实物的情形吧，我们说外力对物体作的功等于该物体获得的动能，即Fs=mv2/2，事实上该等式并非绝对精确的成立，因为任何物体都有弹性，而绝对刚体是不存在的，但外力作用于一物体上时，它将获得两种能量，一种是“速度能”它正比于物体的速度的平方，其值为mv2/2，另一种是“加速度能”（弹性势能），它正比于加速度的平方，其值为ka2，因此Fs=mv2/2+ka2才更精确。但是没有人能阻止我们使用刚体模型，我们仍可以宣布我们的动能定理是绝对正确的。正是由于上述物体形变了，才产生了与合外力抗衡的反作用力，我们才可以说该物体具有惯性，同样道理，对于我们上面研究的电子，我们仍可以说外力做的功完全转化为电子动能了。 第三章 电磁波是如何产生的 第一节 机械波的研究 按我们第二章的理论，加速运动的电子不向外辐射能量，那么电磁波是如何产生的呢？我们先从机械波说起吧。 按照人们对事物的认识规律，在牛顿创立动力学之前，早已产生了静力学，静力学中有一个重要的定律，即胡克定律：f=-kx，即作用在弹性物体上的力与其形变量成正比。但我们有了动力学的知识后（如：a=F/m或s=at2/2），我们就会发现胡克定律并非一个广泛的真理。因为胡克定律与牛顿定律正好相反，它是建立在完全弹性模型之上的，牛顿运动定律是建立在完全刚性模型（即完全惯性模型）之上的，而宇宙中不存在只有弹性而无惯性的物质，包括电场和磁场。 胡克定律：f=-kx中，f（力）与x（形变）并非瞬时对应关系。当然经典物理也不认为它们是瞬时对应关系，并且把该定律归为静力学之下，这正是经典物理可以正确解释机械波的原因。我们举个例子：我们的手用一个周期性变化较慢的力作用在一个弹簧上时，我们会发现，当手上的力最大时，弹簧的形变量最大，当手上的力为零时，弹簧的形变量为零，于是我们可以得到如下图象： 力与时间图 形变量与时间图 手的速度与时间图 手的功率与时间图 我们的结论是：手的平均功率为零，无论手如何努力，也不会创造出机械波。但我们必须明白，我们使用的完全弹性模型，没有考虑弹簧的惯性。 我们再举个例子：我们的手用一个频率很大的力作用在同一弹簧上，我们发现，当手上的力最大时，弹簧的形变量却是零（即手的作用点位于弹簧不受力时的位置上），当手上的力最小时，弹簧的形变量却最大，我们发现弹簧这时只有惯性而无弹性，胡克定律完全不适用了。于是我们得到如下图象： 力与时间图 形变量与时间图 手的速度与时间图 手的功率与时间图 我们的结论是：手的平均功率为最大功率时的一半，机械波产生了！ 我们研究机械波时不能使用胡克定律，而只能使用牛顿运动定律及微积分，我们以绳波为例来证明，我们仍用手来提供外部策动力，如下图：为一波形图，从波 源O到第一个波峰或波谷A处，这段绳中所有质点的加速度都是由手上的力提供的，为什么仅仅是这部分质点呢？原因是绳子中A处的张力为零或至少在与波速垂直的方向上即所有质点加速度的方向上的张力为零。又因为这些质点的加速度的大小与该质点离开平衡位置的距离成正比，因此手上的力就应与下图所示阴影部分的面积成正比。从图象上我们可以看出，1图的面积最大， 3图的面积为零，可见手在平衡位置处时（或速度最大时）受到的阻力最大，手在最大位移处时（或速度为零时）受到的阻力为零。该结论同样适用于电磁波，并将对电磁波的研究具有重大的指导意义。 第二节 经典电磁理论的局限性 人民教育出版社的《电磁学》中言：“麦克斯伟总结了电磁场的规律，并加以补充和推广。除了涡旋电场和位移电流假说外，他还假设电学的高斯定律和磁学的高斯定律在非稳条件下仍成立，这样就得到在普遍情况下电磁场必须满足的方程组。”该书中又言：“频率再高，似稳电路中一些基本概念（如电压）和基本定律（如基尔霍夫定律）开始失效，到了微波波段，似稳电路的成立条件彻底破坏。”该书自相矛盾的说法似乎已经说的很清楚了，即麦克斯伟不应假设电磁学的高斯定律在非稳条件下仍成立。我们有必要研究清楚麦克斯伟及其以前的整个电磁理论是建立在什么假设之上的，它们是否可以在非稳条件下推广。 模型假设 仍在上述《电磁学》中言：“电容上电压的位相落后于电流的π/2，其根源在于任何瞬时电压都和电量成正比。”事实上经典电磁理论认为某一电容器两端的电压与其两极电量之间的关系为U=kQ，其电场势能与电量的关系为We=kQ2，这是无可非议的，但如果认为电容器两端的瞬时电压都和电量成正比就是错误的，正如弹簧两端的压力与弹簧的形变之间的关系为F=ks、弹性势能与形变之间的关系为W=Ks2一样，但经典力学并不认为弹簧两端的瞬时压力与形变成正比，因为经典力学知道，只有弹性没有惯性（及密度为零）的弹簧是不存在的，只有在某些不必考虑弹簧惯性的特殊情况下，如：在机械振荡中，我们只考虑振子的质量，而不必考虑弹簧的质量的情况下，才能近似的认为瞬时压力与形变成正比。对于电磁场来说，事实上只有当电容器只有电容性而无电感性时，经典电磁理论的观点才正确，然而电容器实质上是位移电流，而位移电流与传导电流一样，都能产生反电动势，都具有电感性（电磁惯性），绝对的纯电容元件和纯电感元件是不存在的，可见经典电磁理论是建立在完全电容性（电磁弹性）这个模型假设之上的，因此它只能完美的解释电磁振荡，却不能解释电磁波（它只相当于胡克定律），因为在电磁波中，电容器（实质上是位移电流，涡旋电场也是位移电流）当只表现为电感性而不存在电容性。 可能有人要疑问了，为什么麦克斯伟却能用这些理论计算出电磁波的速度等于光速呢？我们认为，第一是其证明过程有错误，第二是因为这只是个巧合。我们完全有理由相信这是一个巧合，如爱因斯坦和英费尔德在《物理学的进化》中言：“麦克斯伟的理论，在一些不以波的真正传播为对象的简单实验中的数据的支持下，作了一个明确的答复：电磁波的速度等于光速。”以及好些物理学史方面的书都透漏，麦克斯伟是先发现一个常数与光速非常接近，然后就故意去寻找该常数与其方程组之间的关系。我们再看其证明过程，其实“麦克斯伟的∮EdL=－∫∫ 、 与右手平直定则：B=Ev/C2、E=Bv是等价的，可以互推的。”（实质上就感生电动势与动生电动势的数学形式在本质上是相同的），我们仔细研究其证明过程就会发现其实质是：假设有一以速度v向右运动的电场E1（电场方向与速度方向垂直），则产生一个磁场B1，且B1=E1v /ε0μ0=E1v /c2 ；假设这个磁场B1也向右以速度v运动时，产生一个电场E2，E2=B1v=E1v2 /c2 ，当v=c时，E1=E2，所以电磁波的速度为c。可见这个证明过程是十分荒唐的。上述第二个假设（即假设这个磁场B1也向右以速度v运动）是错误的，因为在公式 B1=E1v /ε0μ0=E1v /c2 中，如果E1相对某参照系的速度为v ，则B1相对该参照系的速度为零，B1和E1根本不会同速前进。我们再看其重要结论：真空中的光速为c，这句话本身就是无意义的，与水（空气）中的声速是v不同，因为真空非物质，它不可能成为速度的参照物，正如牛顿力学中有加速度的值却找不到其所相对的惯性系一样，这里电磁波的速度也从来没有找到过参照物。经典物理真是“欺”人太甚。 第三节 经典电磁理论的进化 电磁波是存在的，但只有振荡频率较高或高速运动的电场才能激发电磁波，只有在这两种情况下时，电场（位移电流）才表现为电感性。正如牛顿运动定律是建立在刚体模型（或完全惯性模型）上的一样。我们应把电磁场方程组建立在完全电感性模型上，其形式如下： 由此，我们得出的电磁波的图象为： 此时刻（上图所视时刻），振源O处发射塔中的电流 I 方向向上，且电流强度为最大值，但振源O处的磁场强度却为零（如上图所视）。但经典电磁理论以完全电容性为模型得出的结论却是：电流周围的磁场强度与电流强度成正比。此时刻，外界向发射塔提供的策动电压U方向向上切为最大值，但此时刻O处磁场激发的“自感阻尼电动势”方向向下，且也为最大值，发射塔中电子受到的合外力仍为零。请注意：该“自感阻尼电动势”并非“电磁惯性阻尼”，因为该时刻电子的加速度为零（瞬时发射功率却最大）！而并非电子的质量为无穷大。此时刻，发射塔的瞬时功率为最大值，其值为U×I。 上面我们研究的是振荡电场，并用新的电磁场方程组完美地解释了振荡电场发射的电磁波，下面我们将用这种观点来解释高速运动的电场。 如上图是一个匀强电场，它以速度v匀速向右运动，当v＜＜c时，我们可以大胆的使用经典电磁理论，即：B=Ev/c2（该公式是建立在磁场B只有“磁容性”而没有“磁感性”的假设之上的），我们可以认为该匀速运动的电场产生的磁场是稳定的，电场所在空间内各处的磁场强度都是相等的，它们的强度都是Ev/c2。但当该电容器的速度较大时（但仍远离光速），由于磁场是具有“电磁惯性”（或“磁感性”）的，所以该空间内的磁场就不可能再稳定了。在电容器的前端将产生一个增强的磁场，其后端将产生一个减弱的磁场，这时将产生一个奇特的效应：前端增强的磁场将感应出一个电场阻碍该电容器向前运动，后端减弱的磁场将感应出一个电场推动该电容器向前运动，按照我们的理论这种效应应随着电容器的速度的增加而增强，而且随着速度的增大，前端的阻力将越来越明显地大于后端的推力（这种不对称的原因将在第四章中解释）。这种预期效应存在吗？实验给出了肯定的回答，实验是这样的：把一束带电粒子引入加速器中，虽然这些粒子之间存在静电斥力，但经过一段加速后，它们之间的距离不但没有增大，反而被压缩为一团，这种效应被称之为“团缩”效应，并且实验证实，粒子速度越大，“团缩”效应越强。 第四章 坚持唯物主义才能排除万难 自然哲学的进步必将导致唯物主义的胜利，坚持唯物主义又必然会促使自然哲学的进化。在唯物主义者看来引力场必将也加入物质的行列。 霍金在2000年暑假里举行的一次物理年会上说：“近代物理正面临着严重挑战。”霍金在这次物理年会上还表示，近代物理在坚持目前的理论基础上在未来20年内将很难取得突破。 霍金在《时间简史》中说：“狭义相对论非常成功地解释了如下事实：对所有观测者而言，光速都是一样的，正如麦克而逊——莫雷实验所展示的那样。”我们并不这样认为，因为麦克而逊——莫雷实验装置的观测者并不能代表所有观测者，该装置相对于地球是静止的，由于不存在“以太”或“绝对空间”，所以我们看不到干涉条纹。按照我们的理论，伽利略相对性原理适用于地球上的光速，当一飞机向一雷达飞近时，飞行员发现该雷达的频率变大了，我们认为唯一正确的解释就是飞机相对于雷达波（光波）的速度变大了。再如，斐索测量流水中光速的实验也向我们表明，当水朝着观测者运动时，该观测者发现光速比c大。 运动是相对的，一个物质只能相对于另一个物质运动，除非它在相对我们的精神做“绝对运动”；静止也是相对的，但如果宇宙中只有一个物质，该物质就是绝对静止的。 我们应考虑如下因素：为什么地球上不同方向上的光相对地球的速度都是c，而与地球的运动状态无关；为什么地球上的加速器，不论它在赤道上还是在极地，也不论春夏秋冬，它只能把粒子加速到接近光速，却无法超过光速，而事实上这些粒子相对其他星球的速度却早已超过了光速，既地球上存在一个极限速度，而宇宙中却不能存在极限速度；还有一个非常重要的线索，该线索在相对论之前就受到人们关注了，如彭加勒在《科学的价值》第八章中言：“考虑两个带电体；在我们看来，尽管它们表面上是静止的，但是他们两者却随地球一起运动；罗兰告诉我们，运动着的电荷等价于电流；因此这两个带电体等价于同方向上的两个平行电流，而且这两个电流应该相互吸引。通过量度这种引力，我们会量度出地球的速度；这不是相对于太阳或固定恒星的速度，而是它的绝对速度。........实际上，实验已经担当起摧毁相对性原理的这种解释的任务，量度地球相对于以太速度的尝试导致了否定的结果。”但事实上我们觉察不到的仅仅是“相对于地球静止”或“与地球一起运动”的带电粒子之间的这种（相互吸引）效应，而高能物理实验室中的“相对于实验室运动”的带电粒子之间的这种效应我们确实觉察到了。而且正是因为人们觉察到这种效应之后，才会设计出如此一个实验用来测量地球的运动。我们必须抓住这条线索。上述测量带电体运动速度的方法真是个好方法，现代技术也为我们提供了这种可能，我们把这种测速系统称为超级自主导航系统，军事专家会对这非常感兴趣，就目前的导航系统而言，最具军事优越性就是惯性导航系统了，然而这种超级自主导航系统会比惯性导航系统优越的多，因为惯性导航系统只能测出运动体系的加速度，然后用计算机算出运动体系的速度及位移，而这种超级自主导航系统却能直接测出运动体系的速度！该速度是相对地球重力场的！然而这在加利略相对性原理看来是不可思议的。 只要我们意识到了第三条假设（即空间是不存在引力场的绝对真空）的存在，就会主动把加利略相对性原理限制在宏观领域（不能在宇观使用），只要我们意识到了引力场是一种物质，我们就必须对加利略相对性原理进一步修改，我们应如此表述加利略相对性原理了：把你和你的朋友关在一只大船的舱板下最大的房间里，........当船静止不动时，你们发现（通过仪器）船舱内的重力场相对你们静止不动，当船向前航行时，你们发现重力场向相反的方向移动，当船越行越快的时候，你们发现“重力场风”越刮越大，你们可以通过测量光速或带电体之间的作用力来推断船“相对地球的绝对运动”。 可能有人要问我们了：“按你们的观点，每个星球都是一个‘母惯性系’，每个星球上都有相同的光速，那么在相对以速度v运动的人造地球卫星上测得的光速是多少呢？”我们的回答是：“该卫星上测得的光速为v+c（矢量相加）。”又有人问了：“如果这样的话，那你们不就自己推翻了自己的结论了吗？”我们的回答是：“我们说地球上的光速为c，但在离地球遥远的地方的光相对于地球的速度并不是c，如太阳上的光速c是相对于太阳的，月球上的光速c是相对于月球的，我们把麦克而逊——莫雷实验装置安装在高山上或悬浮在高空的气球上，我们仍然可以大胆的说我们在地球上（而非气球上），我们把该装置安装在人造卫星上，即使它离卫星只有0.1毫米，我们仍不能说我们在卫星上，如果我们把‘牛顿的水桶’放到该卫星上时，发现水并没有沉在桶底，而是变成了一个水球。我们把这种现象称为失重现象，就是因为我们仍在地球上。” 霍金在“时间简史”中言：“牛顿理论说，物体之间的吸引力依赖于它们的距离。这意味着，如果我们移动一个物体，另一个物体受的力就会立即改变。或换言之，引力效应必须以无限速度传递，不像狭义相对论所要求的那样，只能以等于或低于光速的速度传递。”我们并不这样认为，因为引力场本身就是一种物质，体积的无限大只是它的特征，由于一个物体不可能从一个引力场强的位置“立即”移动到一个引力场弱的位置，而且物体的质量也不会“立即”增大或减少一倍，因此该物体所受的万有引力不会“立即改变”。 我们应用同样的观点来研究电磁场，电磁波的速度是c，但这不能表明点电荷周围的电力线是以光速c延长的，体积无限大是其特征。但另一种电场——涡旋电场却是从圆心开始以光速向外延伸，其延伸的速度与涡旋电场中电力线的方向垂直（这两种电力线都不会在电场方向上延长或收缩） 。正是由于这两种电场的不对称性，而且这种不对称性随着速度的增大变得越来越明显。这正是高速运动的电场向外辐射能量的原因。 |