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张祥前的统一场论核心是:随时间变化的重力场可以产生电磁场,随时间变化的电磁场也可以产生重力场。这篇文章介绍的是:随时间变化的电磁场可以产生重力场。 我们首先来介绍相对论导出的电场力和磁场力之间的关系。 在下图的直角坐标xyzO参考系S中,>
处于O点的观测者甲发现在t=0时刻,电荷q1以匀速度V1沿x轴正方向直线运动,检验电荷q2以匀速度V2 = Vx +Vy + Vz沿任意方向运动。 相对论加电磁学认为:在观测者甲看来,q1和q2的相互作用力为 Fx = q2 Ex + q2(EyVy + VzEz) V1/ C² 1, Fy = q2 Ey (1- V1Vx /C²) 2, Fz = q2 Ez (1- V1Vx/C²) 3, 1,2,3,式中的Ex、Ey 、Ez为电荷q1在q2处产生的电场E在坐标系xyzO中的三个分量。 相对论认为q2 Ey(1- V1Vx/C²)和q2 Ez(1- V1Vx /C²)中与电荷q2速度相关的力q2 Ey V1Vx /C²和q2 Ez V1Vx/C²为磁场力, 用矢量叉乘表示B = V1 ×E/C²,可以把B理解为q1运动时候电场E变化产生的磁场,在观测者甲看来,q2受到q1产生的磁场作用力Fm可以表示为: Fm = q2V2×B 4, 对于式1,2,3,一个速度为V、电量为q的电荷在另外一个运动电荷附近运动,受到总的电磁场力F,可以用简洁的矢量式来表示, F = Fe + Fm = qE + qV×B 5, 上式一般称为洛伦茨力公式,实际也可以看成电场力和磁场力的定义。 在相对于观测者甲以匀速度V1沿x轴正方向运动的参考系S'中,观测者乙认为q1静止,q2和q1之间仅有静电场力q2E'。
张祥前的统一场论认为,场的本质就是物质粒子周围以柱状螺旋式运动的空间。 我们现在遇到第一个问题是:对于空间本身的运动我们如何定性、定量的去描述? 一条直线,我们可以看则是由无数个点构成,一个平面我们也可以看则是由无数个点构成,同样道理,我们可以把三维空间看则是由许多个点构成,称之为几何点。描述这些几何点的运动,就可以定性、定量的描述出空间的运动。相应的几何点走过的路线可以叫几何线。 统一场论认为,物质粒子存在于空间中,会对周围空间施加影响,并且会同样的影响存在于空间中的物体。物质粒子的相互作用是通过变化的空间来实现: 物质粒子----变化的空间---物质粒子 我们知道,柱状螺旋式运动可以看则是直线运动和旋转运动的叠加。 一个物质粒子Q点,相对于我们观测者静止,周围空间旋转运动相互抵消,就像磁场的高斯定理,剩下的就是空间以光速C辐射式、直线向外运动。 带着牛顿动量思想,认为Q点有一个特殊的静止动量m'C,m'为Q点相对于我们静止时候的质量。 当Q点相对于我们以匀速度V直线运动时候,由于光速不变,Q点周围空间的运动速度U加上V,仍然等于光速C(当V = 0时候,U = C),这样,当Q点相对于我们以匀速度V运动时候,周围空间的运动速度可以用矢量U = C - V方便的表示。 统一场论认为,Q点的动量就是周围空间的运动量,结合牛顿的动量思想,Q点的动量可以表示为P = m(C - V),可以看出牛顿的动量公式P = m V是统一场论动量公式的一个分量。m为Q点相对于我们运动时候的质量。 当Q点附近存在着别的物质粒子,或者Q点相对于我们加速运动,都会对Q点周围空间的运动形式造成影响,结果是导致Q点的动量P = m(C - V)发生变化,Q点的动量P = m(C - V)随时间变化率反映出Q点受到的作用力。 将动量P = m(C - V)对时间t求导,就是Q点受到的力F, F = dP/dt = (C - V)dm/dt - mdV/dt = Cdm/dt - Vdm/dt - mdV/dt 6, 以上是统一场论的动力学方程。 Cdm/dt - Vdm/dt是质量随时间变化的力,简称加质量力,统一场论认为是电磁力,其中Cdm/dt 是电场力,是洛伦茨力F = Fe + Fm = qE + qV×B中的qE 。 Vdm/dt 是磁场力,是洛伦茨力中的qV×B。 mdV/dt是牛顿第二定理中的惯性力,也是万有引力。电磁力和万有引力相互垂直,低速情况下,电场力、磁场力、万有引力相互垂直。 统一场论认为,物体在空间中存在和运动都会对周围空间施加影响,进而影响空间中存在的物体,物体是通过影响周围空间和在空间中运动来相互作用的,描述物体在空间中的运动和物体周围空间运动形式的变化情况就可以描述出物体的受力情况,电磁场力、万有引力都是运动造成的,都可以认为是惯性力。 以上统一场论动力学方程(6式)明确告诉我们,随时间变化的电磁场力可以产生重力场力。很自然的,随时间变化的电磁场一定可以产生重力场,以下我们来求出这个关系式,并大致讨论一下其物理意义。 统一场论认为,场就是以柱状螺旋式运动的空间,把空间看成由许多几何点构成,几何点旋转的中心是一个点,我们可以叫重力场,旋转的中心是一条直线,我们可以叫电场,旋转的中心是一个圆或者曲线,我们可以叫磁场。 更直接一点:在这个柱状螺旋式运动中,几何点的旋转速度就是磁场,几何点在旋转的垂直方向的速度是电场,几何点的旋转运动的加速度是重力场。 电荷的本质是带电粒子周围有多少条几何点的光速矢量,质量的本质是粒子周围有多少条几何点的以光速运动的位移矢量。 统一场论认为洛伦茨力可以用带电粒子周围空间运动情况来描述,也可以用带电粒子在空间中运动的情况来描述。 在这篇文章开始提到的相互作用的电荷q1和q2,电荷q2在电荷q1产生的电磁场中运动,所受到的电磁场力可以用q1产生的电场E、磁场B和q2的电荷及运动速度V表示,也就是洛伦茨力公式F = qE + qV×B 。 在统一场论中,描述q1、q2周围空间的运动情况就可以把电荷q1和q2的作用力描述出来。 设想q1、q2相对于我们静止时候,周围空间的几何点均匀的以光速辐射式向外运动,当q1、q2相互靠的很近,几何点的均匀光速运动将会被打破,而时间变化,这种运动状态的变化就是力,这种情况下,q1、q2之间有两种力,一种静电场力,一种万有引力,从(6)式也可以看出来。 当q1、q2相对于我们匀速运动时候,q1、q2周围的几何点也获得一个匀速度,而几何点的速度就是磁场,这样q1、q2周围有了磁场,也有了磁场力。 如果q2相对于我们观测者加速运动,周围几何点肯定也有一个加速度,而几何点的加速度可以看则是重力场,这种重力场不是q1、q2相对于我们静止产生的那种,也就说不会是万有引力场。这种重力场与电磁场随时间变化是紧密的联系在一起的,可以说: 随时间变化的电磁场可以产生重力场。 下面来求出这个方程。 在以上的相互作用的电荷q1、q2,相对于我们观测者匀速运动,q1在q2处产生的磁场B,产生的电场E和q1的运动速度V1,光速C满足以下关系: B = V1 ×E/C² 7, 如果q1的运动速度V1随时间发生变化,7式告诉我们必然引起q2处的B和E相应的变化,将B = V1 ×E/C²对时间t求导,结果为: dB/dt = dV1/dt ×E/C² + d E / C²dt ×V1 8, dV1/dt是q1的加速度,也会引起q2处几何点有一个同样的加速度dV1/dt,按照统一场论的看法,几何点的加速度等价于重力场,可以把q2处几何点的加速度dV1/dt看则是一种重力场,它是由q2处变化的电场d E / C²dt和变化的磁场dB/dt引起的。 用A代替dV1/dt,认定A也是一种由随时间变化的电磁场产生的重力场,可以看出,A的方向和万有引力场方向是相反的。 如果在这种情况下,电场E不随时间变化,8式可以写为: dB/dt = A×E/C² 9, 用语言描述9式是:随时间变化的磁场可以产生和磁场环绕的垂直方向的重力场。 如果在这种情况下,磁场B不随时间变化,8式可以写为: -d E / dt ×V1 = A ×E 10, 用语言描述10式是:随时间变化的电场可以产生垂直方向的重力场。 电磁场和重力场之间的关系,万变不离其宗,都是物质粒子周围空间相对于我们观测者不同的运动形式之间的关系。一句话,电磁场和重力场都是变化的空间。 作者 张祥前 安徽庐江县郭河镇北圩村人 严禁剽窃,剽窃着将受到有史以来最严厉的谴责
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