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光传播媒质的流体动力学和质能转换关系的本质 廖铭声 （中国船舶重工集团上海704研究所 上海20031） 摘要：给可变光速和流体微团加速度分别作出了定义，利用相对论动力学的质量公式和牛顿第二定律，通过数学推导，得到了光传播媒质流体的压强，密度公式，以及质能转换关系公式。固体光源运动速度与流体速度之间的转换关系公式，并指出前者可超光速，后者则不能。 关键词：超光速，质能转换关系，密度，压强，流体微团加速度，可变光速。总光速不变原理，流体不变论。 1．超光速计算公式 可变光速的定义：设光传播媒质为各向同性，静止媒质中的光速为c0 ，运动媒质中的光速为c ，粒子的静质量为m0 ，动质量为m 。则可变光速c 可表示为 c = c0 m0 / m （1） 从上式可见，当粒子的运动速度增大时，m增大，c0 m0 保持不变，c 变小，直至小到0 。 设粒子的运动速度为v ，媒质的运动速度为V ，在静止媒质中运动的粒子，可以认为它自己不动，而是媒质在向后运动。即 V = - v （2） 利用粒子的质量公式 m = m0 / （1 – v 2 / c20 ）1 / 2 （3） 把式（2）代入式（3），再代入式（1），就可得到总光速不变原理表达式 V2 + c2 = c02 （4） 在式（4）两边，乘以时间增量△t2 ，得到 V2△t2 + c2△t2= c02△t2 （5） 在式（5）的右边，不妨设 c02△t2 = c*2△t20 （6） 式中△t0为恒定时间间隔，c*为待定光速。把式（6）代入式（5），并考虑到式（4），可得超光速计算公式，时间相对性公式，固体速度和流体速度转换公式 u2 + c02 = c*2 （类似卡门-钱公式） （7） 式中 u2 = V2△t2 / △t20 （8） c02 = c2△t2 / △t20 （9） 由式（4）和式（9），可得时间相对性公式 △t = △t0 / （ 1 - V2 / c02 ）1/2 （10） 把式（10）代入式（8），可得超光速计算公式，固体速度和流体速度转换公式 u2 = V2 / （ 1 - V2 / c02 ） （11） 式中 V —— 流体速度 （不能超光速） u —— 固体速度,光源速度（可超光速） 2。定义粒子加速度 这里的粒子是指光媒质流场中的质点(流体微团)。定义粒子加速度 g g = c / △t ，g0 = c0 / △t0 （12） 式中 g0 —— 驻点加速度 c0 —— 驻点光速（总光速） △ t0 —— 驻点时间间隔（恒定时间间隔） 根据变质量的牛顿第二定律有 f = mg ，f 0= m 0g0 （13） 式中 f ，f0 —— 合外力及其驻点值。 在式（13）中，不妨设 f = pA0 ，f0 = p0A0 （14） m = ρτ0 ，m0 =ρ0 τ0 （15） 式中 p —— 压强 A0 —— 恒定面积 ρ，ρ0 —— 密度及其驻点值 τ0 —— 恒定体积（粒子体积） 不妨设 τ0 = k A0h0 （16） 式中 h0 —— 粒子的平均高度 k —— 待定常数 在式（14），两个等式两边，同时乘以h0 得到 E = m c2 ， E0 = m0 c02 （质能转换公式） （17） 式中 E = f h0 （18） E0 = f0 h0 （19） m =ρA0h0 / k ，m0 =ρ0 A0h0 / k （20） c2 = kp /ρ ，c02 = kp 0/ρ0 （类似声速公式） （21） 把式（3）代入式（20）得到 ρ =ρ0 / （ 1 - V2 / c02 ）1/2 （密度公式） （22） 把式（22），式（4）代入式（21）可得 p = p0 （ 1 - V2 / c02 ）1/2 （压强公式） （23）
参考文献 1． 廖铭声，流体不变论，上海科学技术文献出版社，1993。 2． 廖铭声，风速与风中声速公式的实验基础和逻辑根源，重庆工业高等专科学校学报，2001，（4）。 3． 廖铭声，气流声源及其信号传播研究，噪声与振动控制，2002，（1）。 4．廖铭声，风中声速与时间相对性计算公式，萍乡高等专科学校学报，2000（4）。 5．廖铭声，相对声速与多普勒效应，广西物理，2000（3）。 |