网友：我们的世界是物理的呢，还是几何的呢？我们的世界是由于物质作用而变化的呢，还是按某种方程式的规定而变化的呢？万有引力是怎样产生的呢，它的物理本质是什么呢？如果广义相对论的引力本质错了，那么它是不是要推倒重来呢？这种推倒重来的例子举不胜举，例如地心说。因此，世界的物理本质是任何人也抗拒不了的。

《力与自然界大统一探讨之三》曾经贴过，重新贴出是为了系统性。并请注意以下几点：

1、  它是从暗物质与明物质的作用来说明万有引力的本质。

2、  它能说明为什么是引力而不是斥力。

3、  它极为间单，只要求高中的数学知识。

4、  它要求有暗物质的存在，而人们正在发现宇宙间存在大量的暗物质。

暗物质的存在与万有引力定律的证明

——力与自然界大统一探讨之三

叶  波

(湖北咸宁地区农机研究所  湖北  437100)

摘 要： 本文对法国科学家乔治·利萨如提出的万有引力碰撞机制进行了深入的分析，推导了万有引力公式，排除了“引力佯谬”（西利格佯谬），否定了“引力波”，使得等效原理不证自明。

关键词：暗物质  碰撞  万有引力  平方反比律

关于万有引力的起源，历史上有多种说法。惠更斯提出过旋动说，牛顿曾认为是以太流对物体表面的轰击。法国科学家乔治·利萨如在万有引力的实质问题上就表示了如下看法。

他认为，物体的万有引力是由看不见的微小粒子——一种充满着空间的“超粒子”对物体的碰撞结果。具体地，物体从四面八方遭受到这些看不见的粒子大量撞击。倘若宇宙间只有一个物体，它受到来自各方的推力互相均衡，就保持静止。但在有两个物体的情况下，其中的每一个便变得象掩护另一个的挡箭牌那样。在彼此面对的表面上撞击必然较少，而在朝外的表面上，撞击则开始占有优势，于是均衡受到破坏，两个物体便被推向靠拢。这就是万有引力的起因。

这一机制是非常合理的，特深入讨论如下。

在天文学上，人们根据光度定出的质量总比根据力学定出的质量要小得多。因此，一定存在着大量有力学效果而不发光的暗物质。例如，根据星系周围的物质转动曲线，发现宇宙大尺度范围内存在暗物质。计算表明，银河系的总质量至少比光学区的质量大10倍，即银河系的质量中至少有90%是属于暗物质。假设从地球周围，一直延伸到很远的空间中各向同性地分布着许多非常小的粒子，它们是以很高的速度作直线运动的暗物质，能与原子核和电子发生碰撞。虽然目前还不能直接探测到这些暗物质，但是这些暗物质对物体的碰撞还是会显露出来。

将一小球置于空间，对于比小球分子更小的粒子来说，小球有相当大的空隙。不断向小球飞来的粒子中，其大部分毫无阻挡地从小球中穿过。但也有少部分会与小球中的原子核发生对心弹性碰撞而按原来的方向弹回。还有少部分因频繁的碰撞作用而被散射或因受到阻碍而逐渐减速，仅有个别粒子被小球所俘获。因此，小球会受到空间粒子的碰撞。由于空间粒子的各向同性，单个小球所受的碰撞合力为零 。但在空间存在两个或多个物体，情形就有所不同。

设O为一质点，其质量为m1；ds为一面积元，质量为m2，与质点O的距离为ｒ。质点O与ds保持静止，ds对O所张立体角为dΩ。

取ds为研究对象。首先，不通过ds的粒子，对ds没有作用；其次仅通过ds而不通过O的粒子对ds的碰撞而产生的合力为零。这是因为空间粒子运动的各向同性的缘故。剩下来需要考虑的只有那些既通过质点O又通过ds的粒子了。它们被限制在dΩ 内，且仅有两种相反的运动方向：即由质点O运动到ds及由ds运动到质点O。从上述两个方向进入ds的粒子是有区别的：由于质点O对粒子的反射、散射与阻碍作用，从ds左边进入的粒子数比从右边进入的要少，平 均 速度也要小。这样 ， 左边粒子对ds的碰撞力f1将小于右边粒子对ds的碰撞力f2，总的效果使得ds受到一个指向质点O的合力F：

                     F = f2－f1

F就是ds所受的万有引力。

显然，ds所受的万引力的大小与质点O对空间粒子的反射、散射及阻碍作用有关。这些作用实质上是空间粒子与质点O中的许多原子核发生碰撞而引起。质点O所含的原子越多，对空间粒子的反射、散射和阻碍作用越强，从而使得从两边进入ds的粒子的数量和平均速度的差别也越大，ds所受的万有引力当然就越大。因此，万有引力F与质点O的质量m1成正比。用公式表示

                      F正比于 m1

根据空间粒子各向同性的性质可知：在相同的时间里，通过同一条直线上任何点的空间粒子数都是相同的。同样地，任何以质点O为球心的球面，在单位时间里沿径向进入该球面的粒子数是相等的，记为N。同理，在单位时间里沿径向飞出该球面的粒子数也都相等，记为N1。当然，如果考虑到空间粒子与质点O发生碰撞而产生的俘获和阻碍作用， N1比N稍小。N1的平均速度比N也要小。

与质点O相距为r的球面面积为4πr的平方，单位时间里径向进、出该球面的粒子面密度分别为：σ = N / 4πr的平方 与σ1= N1 / 4πr的平方。因为N、N1为常数，故进、出质点O的粒子源的面密度σ、σ1与r的平方成反比。

假设ds为球面的一部分，用同样的方法可证明dΩ内进、出质点O的粒子源的面密度也与r的平方成反比。

粒子源的面密度越大，单位时间里，从ds两边与ds碰撞的粒子就越多，ds所受的万有引力也越大。因此，ds所受的万有引力与粒子源面密度成正比，从而与r的平方成反比。即

                  F正比于1/r的平方

同时，ds的质量越大，其所包含的原子核也越多，从ds两边与ds碰撞的粒子也越多，ds所受的万有引力也越大。因此，F又与m2成正比。于是

                  F 正比于m2

根据以上讨论就有这样的结论：ds所受的万有引力F与m1和m2成正比，与r的平方成反比。写成数学公式：

                   F= G m1 m2/r的平方

式中G为万有引力常数

以上，对面积元ds进行了讨论。如果把ds无限缩小而成为一个质点，就得到两质点间的万有引力公式。

不难看出，万有引力平方反比律是由于通过O的粒子源的密度遵循平方反比律的缘故。

由此可知，万有引力不是物体的固有属性，一个物体并没有吸引另一个物体的特殊本领。它是空间粒子对二个以上物体的碰撞产生的综合结果。因此，万有引力起源于暗物质对物体的碰撞。

我们对万有引力作如下一些讨论。

第一，万有引力是大量空间粒子对物体碰撞的统计结果。因为空间粒子的运动的随机性，万有引力应随着时间有涨落现象。这种涨落已为观测所证实。观测的结果表明地心引力常数G有逐年下降的趋势。

第二，上述机制假设两物体保持相对静止。如果两物体是相对运动着的，情况就会有所不同。当两物体互相离开时，相对地增加了空间粒子的速度，从而增加了万有引力。也就是说，万有引力将稍微增大，同样地，当物体相互靠拢时，万有引力将稍微减小。因此，当水星离开太阳时，水星所受的万有引力将逐渐增大，而靠近太阳时万有引力将逐渐减小。

第三，万有引力大小与两物体的质量成正比的关系也是近似的。可以肯定，对于质量巨大的物体来说，它实际上受到的万有引力将比按公式计算的值要小。这是因为，空间粒子通过一部分质量后，其密度与速度都变小了，再通过另外同样多的质量时，产生的碰撞力会变小。特别地，当两物体的质量大到能将空间粒子全部俘获，万有引力就达到了极限。这时无论怎样增加质量，万有引力再也不会增加了。

第四，因为万有引力实质上是两个物体的存在，破坏了空间粒子的各向同性而产生的。如果考虑到粒子之间的互相碰撞，空间粒子的这种差异不可能保持到无限远。就象水面上航行的船只所激起的浪花不可能伸向无限远处的道理一样。因此，万有引力平方反比律在空间尺度上有一定的适用范围，超出这个范围以后，引力不再是与距离的平方成反比地减小，而是减小得更快一些。在相当遥远的距离外，万有引力实际上已不存在了。很明显，这种万有引力的机制根本不存在“引力佯谬”（西利格佯谬）和“引力波”。

第五，不难看出，既然万有引力是由于空间粒子的碰撞产生的，那么引力质量就是惯性质量，于是，等效原理就不证自明。这已为当今各种试验所证实。反过来，这些试验就成了万有引力碰撞起源的有力证据。

第六，自然会有人问：所假定的各向同性地高速运动的粒子是不是真的存在？必须承认，目前的科学技术水平还不能直接探测到这些粒子，但是，这些粒子存在的蛛丝蚂迹还是能捕捉到。因为这些粒子在宇宙大尺度范围内存在的证据、对地球作用的长期积累效应以及对高速运动物体的作用已经完全显露出来。可以提出如下四大证据：

（1）、宇宙大范围内存在暗物质。

人们根据质量和光度的比值测量出的质量，总比根据星系周围的物质转动曲线、双星系的万有引力和动力学平衡条件等力学的方法得出的质量要小得多。这是一个普遍的规律。因此，一定存在着大量有力学效果而不发光的暗物质。如若把产生万有引力的粒子作为暗物质的一部分，就是合情合理的了。

（2）、产生物体间的万有引力。

（3）、产生大陆漂移的力。

大陆飘移和海底扩张的力，是由于地球在不断地吸收空间暗物质而生成氢，氢在地球内部发生聚合为氦的热核反应而放出巨大的能量，致使地球内部的温度越来越高压力越来越大，最终将岩石圈最薄处处胀裂。炽热的岩浆填充裂缝冷却后形成新的海洋地壳，将原地壳向两边挤开。这种胀裂过程不断地重复，海洋地壳会不断地沿海洋中脊向两边运动。海洋地壳运动时会带着其上的大陆板块一起漂移。

因此，空间暗物质就成了大陆漂移的主要动力。（更加详细的论述请见网上http://yebo.nease.net《从大陆飘移到大陆消亡》一文）

（4）、高速运动的物体存在阻力。

当物体处于静止状态时，由于各向同性的缘故，所受的合力为零。当物体运动起来后，各向同性被破坏，前方暗物质的相对速度比后方大，相同时间里从前方进入的暗物质也比后方的多。而且物体运动速度越大，这两种差别也越大。考虑到物体和暗物质的碰撞，物体会受到阻力。很明显，物体运动速度越快，这种阻力也越大。就象一艘船在水中航行一样。人们已经发现电子在高速运动时有这种情形。因此，把我们周围的空间看成是什么东西也没有的绝对真空，会导致我们认识不到暗物质的存在。

暗物质除了能产生万有引力外，还是星体演化的主要动力，我们下次将会讨论这一问题。