万有引力给人类最困惑的问题是,宇宙中任意两个物体之间的引力是怎么产生的,又是怎么把引力传给对方的。 其实,万有引力的本质很简单。 举一个例子,一个汽车迎面向你驶来,驾驶员觉得自己是静止的,肯定认为你是迎面向汽车运动。如果一个汽车加速的向你驶来,驾驶员觉得自己是静止的,肯定认为你在加速地向汽车运动。究竟是你在运动还是汽车在运动,不重要,关键的有意义的是汽车和人之间的空间在变化。 万有引力本质就是质点之间的空间运动变化,相对于我们观察者所表现出的一种性质,两个质点之间的空间的运动变化本质上和两个质点的相对运动应该是一回事情。 人类被万有引力这个“力”字蒙住了眼睛。老是想力是什么东西,力到底是什么?越想越糊涂! 一个女孩从我面前走过,我说这个女孩很漂亮,一把小刀,我说很锋利,漂亮是我们对女孩描述出的一种性质,锋利是我们对小刀描述出的一种性质。力就是我们对物体相对运动描述的一种性质,力不是一个具体存在的东西,两个物体有相对加速运动趋势,我们就可以说他们之间受到了作用力。
设想一下,如果在中国,一个人手里拿一个小球,在某一个时刻,这个人把小球放下,小球从静止状态加速撞向地球,按照前面的看法,也可以说小球始终是静止的,是地球撞上小球。 也许有人反驳,我们同时在我们对称的国家----巴西国家放一个小球,岂不是小球要加速地飞向空中? 这个反驳其实是需要一个前提:空间是静止和不动的,一切物体像鱼儿那样在静止的空间海洋里运动,空间的存在于物质点的运动是不相干的。 关键的关键是:空间本身是时时刻刻在运动、变化的,空间和物质点的运动是紧密的联系在一起的, 我们把万有引力的本质和时间、运动空间联系在一起,我们只要2个假设: 1,宇宙中任何一个静止的物质点【包括我们人身体】,周围空间都以柱状螺旋式运动,而空间的这种运动给我们人的感觉就是时间。 2,柱状螺旋式运动可以看成旋转运动和垂直方向的直线运动的叠加,我们进一步认为,时间就是观察者周围空间以光速辐射式运动给我们观察者的一种感觉。 根据以上2个假设,我们就可以很好解释万有引力定理。 讲到空间本身的运动,我们如何定性定量的描述空间本身的运动? 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,称之为空间几何点,或者叫几何点。几何点运动所走过的路线叫几何线。描述这些几何点的运动,就可以描述出空间的运动。 设想在某处空间区域里,存在着一个物质粒子O点,相对于我们观测者静止,我们以O点为原点,建立一个三维直角坐标系Oxyz,O点周围空间中任意一个几何点P在零时刻从O点出发,以光速c运动,经过一段时间t后,在t’时刻到达P点所在的位置x,y,z,也就是P点在t’时刻的空间坐标值x,y,z是时间t的函数,随时间而变化,由O点指向P点的失径为r【本文倾斜字母为矢量】。 r(t) =(x,y,z,t) 借助几何点概念,可以认为时间与几何点以光速c运动走过的路程成正比,因此有以下时空方程: r(t) = ct【r】= xi+ yj + zk 式中【r】为沿r方向的单位矢量,i,j,k分别是沿x轴、y轴、z轴的单位矢量。 将上式两边平方,结果为: r² = c²t²= x²+ y² + z² 以上方程在相对论中也出现过,相对论中被认为是四维时空距离,真实情况是时间的本质就是以光速运动的空间。三维空间其中任意的一维,只要以光速相对于我们观测者运动,我们就可以把这维空间叫做时间,相对论显然没有认识到这一点,这个就是相对论的缺陷。 以上的假设认为P点真实走过的轨迹是柱状螺旋式。 r = (H cosθ+ H sinθ+ ct )【r】 = ct【r】 只是在O点相对于我们观测者静止情况下,周围空间的运动是均匀的,许多类似P点的几何点旋转运动累加起来,由于相互抵消而为零。这个就如同磁场的高斯定理。 但是,如果我们只考虑一个单一几何点P点的运动,其螺旋式应该在方程中体现出来,如果认为时空方程r(t)= ct【r】= xi+ yj + zk 中 xi = 0,yj = 0,时间是几何点沿z轴运动产生的,也就是认为时间轴在z轴上,其数学表达式应该为: x = H cosωt y = H sinωt z = c t 以上的三维螺旋时空方程也可以用以下矢量方程表示, r = H cosωt i + H sinωt j + ct k 式中H是O点到P点的矢径r在xOy平面上的投影长度,ω是P点绕O点旋转运动的角速度,c是常数光速。由于O点相对于我们观察者是静止的,它周围空间的运动应该是均匀的,而且没有哪一个方向是特殊的,因而ω、H应该是常数。 如果认为时间轴在x轴上,其数学表达式应该为: x = c t y = H sinωt z = H cosωt 也可以用以下矢量方程表示, r = ct i + H sinωt j + H cosωt k 如果就是认为时间轴在y轴上,其数学表达式应该为: y = c t x = H sinωt z = H cosωt 也可以用以下矢量方程表示, r = H sinωt i + ct j + H cosωt k 场的本质就是柱状螺旋式运动变化的空间,柱状螺旋式可以看成旋转运动和旋转平面相垂直的直线运动的叠加,在场论中,散度描述了空间的直线运动形式,旋度描述了空间的旋转运动形式。 一, 解释万有引力定理 首先我们用“直线运动的空间”来给出质量和重力场的定义。 以上的物质点O具有质量m,是指周围有N条几何点矢径 r = (H cosθ+ H sinθ+ ct )【r】 = ct【r】 呈辐射状均匀分布【由于N个几何点旋转运动相互抵消而使H cosθ+ H sinθ = 0】,在O点周围以r的长度r = ct为半径作一个高斯面s = 4π r²包围O点,把s分割成N块,每一块小面积 ds上有dn条矢径r【标量为r】垂直穿过去。 令A· ds = k r dn 或者A· ds = k r dn, A· ds = k r dn k为常数,ds为矢量面元,我们规定ds指向s内侧为负,外侧为正。 对式 A·ds = k r dn 两边积分,结果为 k’m =∮A·ds = k N r 以上k’也是比例常数,∮为包围O点封闭曲面积分,A【数量为A】就是重力场。 总结以上的看法,O点的质量m反映了O点周围空间的运动量,m可以表示为包围O点的高斯面s上有多少条类似矢量r的几何点位移矢量垂直穿过。在ds上有dn条类似矢量r的几何点位移矢量垂直穿过,比值r dn/ds反应了O点在P点产生的引力场强度,由此导出: m = A·4π r²/k’ A = k N r / 4π r² O点的质量m反映了O点周围空间的运动状态,设想O点附近突然的出现另一个物质点O’,O’点具有质量m’就是周围具有N’条类似矢量 – r的几何点位移矢量【由O点指向O’点的矢径为r,则由O’点指向O点的矢径肯定为 –r】。 O点靠近O’点的结果肯定使O点和O’点之间的空间量在减少,因而O点和O’点有相互吸引的趋势。 对于O点,在我们观察者看来周围减少了N’条类似r的几何点位移矢量, 这个使我们明白,O点受到O’点的引力,就是O点周围N条矢量r和包围面 s = 4πr²的比值k N r / 4πr²【数量式为N r / 4πr²】发生变化的变化率。 考虑到k N r / 4πr²的变化是在包围面s = 4πr²不变的情况下,数目N的减少,这种情况下,N减少的数目肯定来自于O’点的出现。可以看出,O点受到到O’点的引力F与O点的惯性(可以把惯性理解为O点周围空间在没有受到O’点扰动本来的运动状态)k N r/ 4πr²成正比,与k N r(正比于O点的质量m)的减少量k N’r(正比于O’点的质量m’)成正比。写成数学公式为: F = -常数 乘以m m’ /4πr² 把上式中的常数用万有引力常数G表示,就是牛顿万有引力公式,用矢量式表示: F = - (G m m’/r²)【r】 上式中【r】为O点指向P点的矢径r的单位矢量,r用数量表示为r。F和r方向相反,所以出现负号。 用同样的方法可以论证O’点受到O点的引力情况类似,大小和F相等,只是方向相反。
|