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物理论文摘要
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齐绩(大庆石油学院电子科学学院 qiji8111#163.com)〖收稿日期:2006年1月24日〗
基本物理规律再认识——《新物理》之三
 

  摘要 由于人们以前一直没有认识到无形态物质的存在,所以直接把物理规律建立在数学参考系上,这使得物理规律脱离了其本身的客观实际。现在我们了解了无形态物质,我们必须在客观、务实的基础上对物理规律重新审视。而且,我们对宇宙的根本存在——时间、空间也需做更深刻地认识。

  关键词 万有引力时间宇宙大爆炸波粒二象性

  1、万有引力及库仑力

  我们知道,在宏观上,物体之间的相互作用力必须通过某物体才能够传递。

  同样地,物体之间相互作用的万有引力以及电荷之间相互作用的库仑力也必须通过某种物质传递。

  现在我们了解了无形态物质,我们可以得出这样的结论:

  物体间的万有引力是通过无形态物质传递的相互作用。

  电荷间的库仑力也是通过无形态物质传递的相互作用。

  ……

  科学家们在矿井、钻孔或海水内的真空中进行地球物理实验,来测定物体间的万有引力常数,得出的引力常数都高于地表实验室中的测定值。实验室测得,,而地球物理测得的平均值为,.

  科学家们一直不理解,同样是真空中,引力常数为什么会有区别呢?

  ……

  那么,为什么引力常数的测量值会有明显差别呢?

  我们说,物体间的万有引力是通过无形态物质传递的相互作用,物体间万有引力的大小与它们所处空间的无形态物质密度有关。

  由于在矿井、钻孔或海水内的真空中,组成地球物质的总体分布距该空间更近一些,所以在矿井、钻孔或海水内的真空中,无形态物质密度都比地表实验室中无形态物质密度大一些。所以,在矿井、钻孔或海水内的真空中测得的万有引力常数都较地表要大。

  

  自然界中有磁荷吗?一直有人在探索。

  我认为自然界中不存在磁荷,磁力是电荷相对于无形态物质空间运动而产生的相互作用。

  我们举一个大家熟知的浅显的例子。两艘船在水中同向并排行驶时,水流会对船产生一个使它们相互靠近的压力;而当两条船静止在水中时,就不会产生这样的压力。

  当电荷静止在总无形态物质空间时,它们之间只有库仑力;电荷间不会有磁力;而当电荷相对于总无形态物质空间运动时,运动电荷间就会有磁力。

  当电荷静止在总无形态物质空间时,它不会产生磁场;当电荷相对于总无形态物质空间运动时,它就会产生磁场。

  当电荷振动时,会促使他周围的无形态物质振动,产生电磁波。

  

  场就是物质吗?

  现在有一种非常普遍的说法,说场就是物质。这种说法大家都认为很有道理,其实,这还是物理概念不清楚。

  我们以电场为例,电场强度是怎么定义的呢?

  在空间某点放个试探点电荷,如果该试探电荷所受的电场力为,则该点的电场强度为

  

   空间某点处的电场强度等于位于该点处的单位正电荷所受的电场力。

  假如空间某点放置个单位正电荷,则它会受到那么大的电场力;空间中不放置这个电荷,这个力存不存在呀??不存在。

  所以,电场是单位正电荷在空间各点所受的电场力的数学描述。

  不客气地说,说“场是物质”还是物理概念不清楚,电荷间作用的库仑力、物体间的万有引力等等都是通过实实在在的物质传递的。

  

  2、时间的客观性

  时间是什么呢???

  时间犹如从亘古流向未来的浩瀚长河!!!

  “子在川上曰:逝者如斯夫!” ——《论语》

  时间应是奔流不息的长川,它如同天来的黄河之水,奔流到海不复回。

  不对!经常断流的黄河安可和时间同论?

  那时间应是天上的日、月,周而复始地东起西落。时间应是这浩瀚的银河,永不停歇地在星汉之间旋转。

  也不对,区区银盘岂能同巨大的时轮相比?

  时间的齿轮啮合着整个宇空,驱动着他的全部星系,向永恒的未来盘旋。——雷元星

  “绝对的、真实的或数学的时间,它的本身,而且就其本质而言,总是于任何外界事物无关地均匀地流逝着。”——牛顿

  时间是宇宙中最根本的客观存在,或者说时间是整个宇宙总体存在、变化的反应,时间是物理学最根本的基石!

  区区某个物体、某个星体乃至某个星系的运动绝对不会改变时间的客观状态。

  时间是我们对宇宙存在、变化过程的总体量度,当然这种量度我们是使用在地表熟知的时间系统来描述的。

  即便是运动的粒子或者说处于不同引力场中的时钟慢了,也绝不是时间慢了,这些变化我们完全可以用统一的、客观的时间标准来描述!

  

  [运动粒子的寿命变长]

  ……

   来自外层空间的宇宙线内,有许多高速m- 子。

  1963年的一次实验中,人们在高1910米的山顶上,测量铅直向下的速度在0.9950C~0.9954C之间的 m- 子数目,每小时平均有563 ± 10个;然后在离海平面3米高的地方测量相同速度的 m- 子数目,平均每小时408 ± 9个。 m- 子从山顶运动到海平面所需时间应为

  

   这是静止 m- 子半衰期的4倍多,如果高速运动的 m- 子半衰期和静止时相等的话,人们预期在飞行经过1907米距离后,在海平面附近的 m- 子数应不到 个。而当时实际测量却有408个,这清楚地表明,运动着的 m- 子半衰期增长了,或者说,衰变过程变慢了。

  

  

  对于这个问题,我们该如何理解呢?这是因为,m- 子在无形态物质空间中的高速运动使 m- 子寿命变长了。

  如图3.1,m- 子也是由一些更小的质量元组成的,这些质量元的相互碰撞使 m- 子产生衰变。

  当 m- 子在地表的无形态物质空间中高速运动时,各质量元的惯性质量增大;由于振动动量不变,则各质量元的相对速度减小,所以碰撞的时间间隔增大, m- 子寿命变长。

  

  下面我们来定量地推算一下 m-子寿命:

  当 m- 子在物质空间中高速运动时,组成 m- 子的各质量元的惯性质量增大到静止时的 倍,由于振动动量不变,各质量元的相对运动速度相应减小到原来的,则各质量元相互碰撞的时间间隔增大到原来的倍,相应的寿命也增大到原来的倍。

  

  为运动时 m- 子的寿命。为静止时 m- 子的寿命。

  我们把实验中的数据代入,则

  

  在上述实验中实际测得的 m- 子寿命可计算出,

   可以看出理论值和实验值虽然有些接近,但还有较大误差。

  

  那么,为什么理论值比实验值大呢?

  请大家注意,由于 m- 子是从高山上向下射来的,可能与空气分子的碰撞,会使在地表上测得的 m- 子数目减小,所以我们以此数目计算出的m- 子实际寿命比我们的理论值略小。

  

  ……

  1966年,人们在地表让m- 子绕圆轨道高速运动,使得 ,测得 m- 子的寿命为

  

  ……

  我们再从理论上计算一下m- 子寿命

  

  此时理论值与实验值符合得比较好。

  时间是客观的、绝对的,是人们认识自然的基础。

  运动粒子寿命变长,不是时间膨胀了,而是粒子相对于它所处的总无形态物质空间高速运动后,其本身的反应相应变慢了。

  

  3 、物质空间与数学空间

  什么是空间呢?

  空间像个大而无外的容器,它容纳着整个宇宙的物质。

  ……

  空间作为存在者和变化者之外的第三者,在世界生存之前就已经存在了。……它像一个母体,为万物的生成提供了一个场所。——柏拉图

  绝对空间,它永不改变,永不移动。此乃空间的本性。它独立自我存在,不与身外事物相干。——牛顿

  空间、时间、物质都是宇宙中最基本的客观存在,空间是物质之外的存在,或者说物质存在于空间之中。

  长度是对空间的度量,坐标系是对空间的描述。

  空间没有任何物质,怎么会弯曲?

  空间没有任何物质,怎么会因为其它物体的运动而改变它的客观状态?

  

  我们前面说过:

  无形态物质存在的空间叫无形态物质空间,或简称物质空间。

  对应于无形态物质空间,我们把传统物理中的空虚的、平直的空间叫数学空间。

  无形态物质会相对于某个数学空间参考系运动,也就是说物质空间会相对于某个数学空间参考系运动。

  但是,物体的一切运动规律不是依赖于绝对的数学空间,而是依赖于物体所处的物质空间。

  

  [牛顿水桶实验]

  牛顿曾经对绝对空间的存在作过如下的论证:

  我们使一个盛有水的水桶旋转,当桶已旋转而水还未动时,水面依然与静止时相同是一个平面,但到最后水随桶一起旋转时水面就呈现出一个凹型曲面,这个实验表明:当水静止时,不管它是否与水桶有相对运动,水面都是平的,而当水旋转时不管它是否与水桶相对静止,水面都是凹型曲面。

  

  如果把参考系建立在水桶的内壁上,物理规律与事实之间就产生了矛盾。

  1:开始时,水桶已旋转,水未旋转;水相对于水桶所在的参考系有转动,水应受到离心力作用,水面应该是凹面。

  ——而此时实际上水面恰恰是一个平面。

  2:当水与水桶一起旋转时,水相对于水桶所在的参考系无运动,水不应受到离心力作用,水面应该是平面。

  ——而此时实际上水面恰恰是一个凹面。

  

  面对这样的矛盾,牛顿说:这恰恰说明有一个绝对空间存在。根据水面的平或曲,可以判定水相对绝对空间是静止的或旋转的。

  ……

  我们说物体的运动规律不是依赖于绝对空间,而是依赖于它所处的总无形态物质空间。

  那么水桶实验该如何理解呢?

  大家知道,在水桶中,水所处的空间,水桶的无形态物质密度和地球的无形态物质密度相比太小了,水桶是否运动对总无形态物质的影响太微弱了。总无形态物质可以完全用地球的无形态物质代表。

  当水相对于地球不转动时,相对于总无形态物质空间不转动,水不会受到离心力,水面是一个平面。

  而当水相对于地球有转动时,相对于总无形态物质空间有转动,水受到一个离心力,水面就呈现出一个凹型曲面。

  

  

  [物理规律依赖于数学参考系吗?]

  如图3.2,我们来分析一下A、B

  两个电荷的受力情况,如果我们把物

  理事件与空间参考系联系起来,就会

  产生矛盾。

  按照相对性原理,物理定律在所

  有惯性参考系下都具有相同的形式。那么, 在系中观察,A、B两个带电体是静止的,它们之间只有库仑力;而在系中观察,A、B两个带电体是运动的,它们之间不仅有库仑力,而且相互间还会有磁力。

  物理事实只能有一个结果。也就是说某一时刻,两个带电体之间的受力是客观的、唯一的。显然,前面两种判断是相互矛盾的。

  另外,在系中观察,A、B两个带电体是静止的,它们都不产生磁场;而在系中观察,A、B两个带电体是运动的,它们都产生磁场。

  物理事实只能有一个结果。也就是说某一时刻,A、B两个带电体在空间是否产生磁场是客观的、唯一的。显然,前面两种判断是相互矛盾的。

  我们必须把物理规律和物体所处的无形态物质空间联系起来。只有这样物理规律才能够更加客观,才能够更加自然、和谐。

  

  [最简单的逻辑和实验事实]

  

  下面我们看看最基本的物理事实。

  静止在地表的电荷不产生磁场,相对地表运动的电荷产生磁场。

  如果把物理规律建立在参考系上,如果相对性原理是正确的。

  ——则,静止在惯性系中的电荷不产生磁场,相对惯性系运动的电荷产生磁场。

  

  那么,我们根据相对性原理来看分析一个最简单的问题:

  当一个电荷相对于地表运动的时候,它是否产生磁场呢?

  在地表参考系下看它是运动的,它产生磁场。而在电荷本身的参考系看它不运动,它又不产生磁场。

  ——它到底产不产生磁场啊? 这显然相互矛盾!!!

  

  上海复旦大学物理系教授朱永强先生做了这方面的实验。

  实验装置让一个观察系统和一个带电体在一起相对静止。来观察当一个观察系统和带电体具有同一个速度或加速度运动时是否能观察到在该带电体周围存在磁场。

  当该实验装置静止在地表上的时候,接收到的磁场信号为零。

  当该实验装置相对于地表匀速运动的时候,可以接收到明显的磁场信号。

  

  根据相对性原理——静止在惯性系中的电荷不产生磁场。

  然而,实验结果是——当电荷相对地表运动时,与电荷相对静止的观察系统检测到了磁场!!!

  

  朱永强先生的另一个实验:

  利用发射装置可以产生粉碎电磁波,利用放大接收装置可以显示接收到的粉碎电磁波强度,该装置已经做成精密的仪器。

  如果该装置静止在地表,接收强度与仪器的空间取向没有关系。

  但是,在运动参考系下,接收强度与空间取向有明显关系。

  ——该实验登在《物理学报》2001年第5期上。

  可以说,不论从逻辑上,还是从实验事实上相对性原理都是不合理的!

  可以说,大量的电磁学事实都是相对性原理无法面对的!!

  

  [ 动能怎么不相等了?]

  

  如图3.3,系相对于系在做匀速直线运动;两物体也在做匀速直线运动。

  的质量为,相对于系的运动的速度为的质量为 ,相对于系的运动的速度为.

  在系中观察,

  物体的动能分别为

  

  

  在系中观察,两个物体的动能相等。

  

  但在系中观察,两个物体的动能就不相等了。

  如当时,物体相对于系的运动的速度为0,物体相对于系的运动的速度为;则两物体的动能

  

  

  可见,在系中观察两个物体的动能就不相等了。

  

  在系中观察两个物体的动能相等,在系中观察两个物体的动能就不相等。那么我们该如何衡量物体的动能呢?

  

  大家知道,在我的理论中对物体的动能做了明确的定义。物体的动能是物体相对于它所处的总无形态物质空间运动所具有的能量。在我的理论中绝不会有上面的歧义。

  

  [绝对空间、惯性参考系]

  其实,“绝对空间”等观念是经典物理的弊端,是把物理数学化的产物。

  物体的一切运动规律与空虚的数学参考系有什么必然联系吗?

  物体的一切运动规律依赖于它所处的总无形态物质空间。物体的惯性质量、动能、动量等等都是针对于它所处总无形态物质空间严格定义的,都是针对于它所处总无形态物质空间而言才有其明确的物理意义。

  ——如果说有“绝对空间”的话,那么物体所处的总无形态物质空间,才是该物体运动规律依赖的“绝对空间”。

  

  那么,相对于某个总无形态物质空间作匀速运动的参考系是不是“惯性参考系”呢?

  注意,物体的惯性质量、动能、动量等等不仅与它相对于无形态物质空间的速度有关系,还与无形态物质密度有关系。

  所以,物理规律在相对于总无形态物质空间作匀速运动的参考系中,和原来不会有相同的形式。那么所谓“惯性参考系”还是把物理数学化的产物,已经完全没有了意义。

  

  4、对广义相对论的四大验证等实验的简要分析解释

  

  对广义相对论我不想做过多的评论,它是在把引力质量和惯性质量完全等同的基础上对物理学的数学化处理。大家说引力质量和惯性质量完全等同吗?坦率地说,广义相对论还是用数学化处理来代替物理本质规律的探寻。

  

  [引力频移]

  我们说光子是有质量的,光子质量

  当光子由质量较大的星体射出时,由于引力所做负功较大,会使光子能量减小,而能量;光子能量减小相应光子频率会减小,这就是所谓引力频移。

  [光线弯曲]

  由于光子有质量,当光从太阳附近通过时,会受到太阳的吸引而发生弯曲。注意,太阳对光子的引力不仅与太阳质量有关,还与太阳附近无形态物质密度有关。

  还有,太阳附近无形态物质密度的球形分布还起到一定的透镜作用,这也会使光线产生一定的弯曲。

  当然,太阳附近无形态物质空间的旋转也会对光的传播方向产生影响。

  

  [水星进动]

  由于水星距太阳较近,水星所处总无形态物质空间会受到太阳转动的影响。

  水星的轨道会受到总无形态物质空间转动的影响。

  

  [雷达波传播中的时间延迟]

  由于太阳附近的无形态物质密度较大,雷达波在太阳附近通过时速度较慢,所以在太阳附近空间传播的雷达波在时间上会有延迟。

  

  5、宇宙大爆炸

  ……

  在对遥远的恒星进行观察的时候,普遍存在谱线红移现象,红移量与恒星到地球的距离成正比。

  人们认为谱线红移是多普勒效应产生的,认为恒星都在向外远离,进而认为宇宙是大爆炸产生的。

  ……

  坦率地说,宇宙大爆炸的思想本人不敢苟同。

  那么,谱线红移是怎么产生的呢?

  我认为恒星的谱线红移主要是由能量衰减产生的。

  光子的能量在传播中不会是绝对的永远不变的。

  光子传播时会使无形态物质产生轻微扰动,也就是说光子会极其微小地损失一点能量,传播的距离越远光子损失的能量越大。

  当光在近距离传播时,这种能量的减少不会表现出来,当光传播的距离很远时,这种能量的减少就会表现出来。

  光子能量 ,当光子传播的距离非常遥远时,损失的能量会在频率上表现出来。所以对所有遥远的恒星观测都会有谱线红移,而且恒星越远产生的频移越大。红移量与距离是成正比的。

  

  当然,恒星运动也会产生多普勒效应,也会使观测到的光频率发生改变。在较近范围,多普勒效应影响占主要的,所以,对银河系内的恒星观察,既有红移,也有紫移;在较远范围,能量衰减的影响是主要的,所以对河外星系恒星观察普遍存在红移现象,且红移量与距离成正比。

  

  坦率地说,我认为宇宙并不是大爆炸产生的。

  会有星体产生,会有星体灭亡,宇宙有时也许会有一定的震荡,但宇宙绝不是无中生有般爆炸产生的。

  

  6、实物粒子的波粒二象性

  

]图3.4

  

  2003年10月份,在西安召开的物理创新大会上,有幸结识了熊承堃教授。

  熊老先生给我看了一张照片,如图3.4,照片上是气泡在水中上升的轨迹,是一个非常漂亮的波浪线。这充分说明了实物粒子回来后我购置了实验器材,亲自做了这方面的实验,发现实验效果非常直观、明显。

  

  下面我简要把气泡的运动特点介绍一下:

  1) 气泡从针孔中刚冒出时,要经历一小段直线加速过程,当速度达到一定值时开始做规则的波动。这时速度趋于恒定。

  2) 气泡越大,波长越短;气泡越小,波长越长。当气泡过于小时,它在水中上升的速度一直很小,形成不了波动。

  3) 气泡形成波动时,虽然波长不同,但对应的速度几乎相等。

  4) 一个气泡的波动轨迹并不在同一平面内,是螺旋上升的;俯视,其为椭圆。

  

  这是实物粒子具有波粒二象性最直观、明显的例子。

  

  为什么在空气中运动的子弹、小球等不会有明显的波动性呢?

  为什么在水中运动的气泡会有的波动性呢?

  这恰恰说明,实物粒子之所以具有波动性是当它们运动时受其周围介质作用的结果。

  在空气中运动的子弹、小球等之所以不会有明显的波动性,是因为空气的密度较小,而子弹、小球的质量较大,空气对子弹、小球的作用很难体现。

  在水中运动的气泡之所以有明显的波动性,是因为水的密度较大,而气泡的质量较小,水对运动的气泡的作用使气泡产生了明显的波动。

  

  为什么在真空中高速运动的电子、中子等会具有的波动性呢?

  这恰恰说明真空不是空的,真空中有某种物质(无形态物质)存在。无形态物质对运动的电子、中子作用使它们产生波动。

  

  所以,我们应把波动分类:

  

  第一类

  像我们常见的在绳子上传播的绳波,在水中传播的水波等,这些波传播的是振动,媒质并没随波动传播。

  

  第二类

  这一类就完全不同了,像水中运动的气泡,像高速运动的电子、中子等,它们是实实在在的粒子在运动,由于与介质的作用,使它们的运动呈现出波动性。

  

  朋友们,我们在经典物理的自然、客观、合理的时空框架之下,使得物理规律更加本质、切实了!使得所有物理规律、物理实验、物理现象变得非常自然、融洽、符合逻辑了!

  

  坦率地说,我只敢根据已有的大量物理事实,把这个物理世界的最基本的最切实的框架描述出来。

  我不敢妄自做更多推测,我认为那应该是在以后大量物理实验的基础上去逐步完善、逐步发展的。

  

  我们面临着物理学巨大革命的时代,我们肩负着历史赋予我们的神圣使命。

  我深信,如果大家愿意去努力的话,我们一定会为人类发展做出巨大贡献!

  

   路 漫 漫 其 修 远 兮

   吾 将 上 下 而 求 索

  

  朋友们,愿我们共同努力、共同奋斗,为科学开创一个光明美好的未来!

  

  

  齐绩

   1991年11月初稿

  其后多次润色

  

  

  参考文献:

  [1] 倪光炯、李洪芳编. 近代物理. 上海科学技术出版社,1979年。

  [2] 谭树杰、王华编. 物理学上的重大实验. 科学技术文献出版社,1987年。

  [3] 郭弈玲、沈慧君编. 著名经典物理实验. 北京科学技术出版社,1991年。

  [4] 《爱因斯坦全集》湖南科学技术出版社,2002年。

  [5] 蔡伯濂编. 狭义相对论. 高等教育出版社,1991年。

  [6] F. 因曼, C. 米勒. 今天的物理学. 北京. 科学出版社. 1981年。

  [7] 马文蔚改编. 物理学. 高等教育出版社,1999年。

  [8] 张元仲.狭义相对论实验基础.科学出版社,1979年。

  [9] 黄德民.论物理现象的本质.陕西科学技术出版社,2001年。

  [10] 雷元星.时空大乱.四川科学技术出版社,2001年。

  [11] 杨建邺,止戈. 杰出物理学家的失误.武汉 华中师范大学出版社. 1986年。

  [12] 刘启新,《如何解释检测以太风的三种不同结果》.2003 年。

  [13] 《世界科学译刊》

  [14] 《自然科学哲学问题丛刊》

  [15] 《 Scientific American 》 期刊

  [16] 《物理学报》

  

  The Review on the Basic Physical Laws

  —— The Third Part of New Physics

  JI QI

  ( School of Electronic Engineering ,Daqing Petroleum Institute ,

  Daqing 163318, China.E-mail: qiji8111@163.com )

  [Abstract] People used to establish physical laws on the mathematical frame directly, without considering the existence of the No-Shape-Substance. We believe such physical laws are separated from their nature.

   Since we have known something about the No-Shape-Substance, we must review physical laws on the ground of objectivity and reality, as well as recognize that the time and space are two essential elements of the universe.

Keywords: Universal Gravitation, Field, Time, Big Bang, Wave-Particle Duality


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