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统一五个基本物理公式的研究结果

2018年07月16日   维加斯新闻报
作者: 朱林

    研究发现,通过把德布罗意提出的物质粒子内在的周期性因素与物体的空间广延性联系起来,提出物质粒子空间本底量子辐射新概念,能够推得品质时变关系dM=-HoMdt,把居于微观宏观宇观核心地位的五个基本物理公式:爱因斯坦—德布罗意关系、薛定谔方程、牛顿第二定律、哈勃定律和万有引力定律联系和统一起来。主要研究结果与推测及检验证据如下:
    1)提出了物质粒子辐射空间本底的量子新概念,推得品质时变关系dM=-HoMdt,揭示了物质粒子与时间之矢和空间本底的内在联系,回答了R.Laughlin期待的“未来理论物理学应该说明空间和时间是什么”。
    2)推得空间本底量子亦是引力场的基本量子,初步建立与时间之矢密切相关的量子引力理论,印证了RogerPenrose推断的“所要寻求的量子引力必定是一个时间不对称的理论”。
    3)阐明了品质时变与哈勃定律相互推导的关系,品质时变关系符合John D.Barrow设想的“存在着某种更深刻的原理,它使宇宙必然(或者至少是以压倒优势的可能性)肇始于某种各向同性膨胀的状态之中,这一原理也许在较为局部的范围内还有着其它应用,据此便可以揭示其自身之存在”。
    4)推得品质时变常数为哈勃常数Ho,品质约按10–10/年的比率衰减,与地球品质约按10–10/年比率下降和地月之间的引力约以10–10/年的比率变弱的测量分析结果符合的较好。
    5)阐释了爱因斯坦—德布罗意关系的物理本质,说明了物质粒子内在周期性因素与其空间本底量子辐射相伴,揭示了康普顿波长和德布罗意物质波形成的物理机制,推导出与物质粒子辐射空间本底量子及附加波动力相关联的波动力程恰好等于实验测定的德布罗意物质波波长。
    6)阐明了德布罗意物质波是一种实在物理波,揭示了惯性的根源和牛顿第二定律微观机理,从而使原来认为与牛顿运动定律不相容的物质粒子的波动性,不但符合牛顿运动定律,而且还构成牛顿运动定律的物理基础。2015年,科学家借助实验捕获了光的粒子与波同时存在的场景。
    7)在物质粒子空间本底量子辐射及品质时变关系阐明康普顿波的基础上,有望通过检测康普顿波来测量粒子品质,并制造与粒子品质相关的更高精度的新型原子钟。
    8)视物质粒子不断辐射空间本底量子形成粒子伴生波的过程为简谐振荡,推导出了薛定谔方程,说明的波函数具有物理实在性,已由史保森、龙桂鲁的实验相继证实。
    9)可以解释单粒子以及光子的双缝干涉实验。2009年,Yves Couder发布论文表示,宏观油滴弹跳于振动表面可以用来模拟波粒二象性,毫米尺寸的油滴会生成周期性波动,对于这些油滴的相互作用会引起类量子现象,例如,双缝干涉、轨道量子化等等。
    10)明确了爱因斯坦—德布罗意关系、定态薛定谔方程、牛顿第二定律和哈勃定律及万有引力定律的内在联系,推得物质粒子辐射空间本底量子的初始作用强度恰与普朗克距离下的牛顿引力场强度等同。
    11)揭示了时间之矢的物质根基和空间本底的量子构成以及四维时空形成的物理过程,明确了单向、均匀流逝与统一和普适的物理时间,表明不同品质和能量的物质粒子所对应的空间结构不同。时间之矢dt=-dM/HoM、t=(1/Ho)ln(r/ro),其数学形式分别与熵dS=dQ/T、S=klnΩ相仿。
    12)推得空间本底量子半径正是普朗克长度Lp,空间本底量子波长恰为哈勃宇宙半径c/Ho。
    13)从理论上诠释了引力品质即是惯性品质和引力等效惯性力,引力和惯性力同属波性力,是波性力的不同表现形式。如今引力品质等于惯性品质的实验结果测量精度已达10-12数量级。
    14)指出物质粒子不断地向外辐射空间本底量子在物质粒子周围形成动量密度与距离平方成反比的动量空间即是引力场,推得物质粒子辐射空间本底量子的能量密度与物质粒子的引力场强度相对应,其对应系数恰为基本物理常数组合4πG/Hoc。
    15)推得空间本底量子能量ε=hHo与核力所交换的π介子固有能之比的数量级约为10–40,恰约等于引力作用强度与核力作用强度之比。
    16)从空间本底量子辐射及引力场量子化角度,可以对“地球引力场中的中子量子态实验”发现中子下落过程不是连续的,而是从一个位置跳到另一位置作出解释。
    17)可以对“侞原子下落实验”发现其所受重力不受其自旋方向的影响进行解释。
    18)还可以对实验发现的真空中不同物体做自由落体运动的重力加速度稍许差异给予解释。
    19)揭示了万有引力和宇宙膨胀与加速膨胀及星系旋转曲线疑难均源于物体动态的空间广延性,推导出了万有引力定律。
    20)物质粒子辐射空间本底量子新概念及其品质时变关系,把品质、时间和空间这三个最基本物理学概念密切联系起来,揭示了物质粒子的波动性与品质能量及时空充满活力的统一,展现出一种新的具有演化特征的物质时空图景,能够克服物理学中的时间反演不变性同宇宙星系在较大时空跨度上所显露出膨胀演化的矛盾。
    21)依据品质时变关系推得宇宙及天体系统共同遵循的自然膨胀演化模式为r=roeHot,恰趋同于德希特的宇宙膨胀模式a(t)~eHot。
    22)推得哈勃宇宙整体膨胀的加速度为Hoc≈10–10米/秒2,天文观测发现宇宙膨胀加速度的量级约为10–10米/秒2。
    23)推得对于品质为M的星系,相当于受到推力或斥力F=MdV/dt=HoMV的作用,该力来源于退移星系自身品质随时间的衰减,即F=-VdM/dt=HoMV,这些均都满足由品质时变dM/dt=-HoM下的万有引力定律F=GMm/r2或径向动量守恒dP/dt=MdV/dt+VdM/dt=0所推导出的哈勃定律V=Hor
    24)指出了星系间距扩张及宇宙膨胀是品质时变的自然结果,星系退移速度和退移加速度与星系品质大小无关,宇宙在其各个不同区域及方向上的膨胀具有一致性。这与实际观测到的宇宙空间具有平直性、宇宙以临界速度膨胀、宇宙在其各个不同区域及方向上的膨胀速度差异恰好为零相符,从而使这些特性得到自然、合理与统一的解释,解决了宇宙膨胀及加速膨胀的动力来源。既体现了宇宙时空无限性,又可推知宇宙早期处于高温高密状态,并且不存在物质创生疑难与奇点疑难、视界疑难、平直性疑难、磁单极子疑难以及精细调节与巧合性等问题。
    25)推得天体系统及物质体系受到自身辐射空间本底反作用的强度Hoc=8.389×10–10米/秒2,恰与哈勃宇宙整体膨胀的加速度等值,也与先锋号太空船显露的异常加速度(8.74±1.33)×10–10米/秒2相当,由此给出的Vθ~r关系即星系的旋转曲线与大量星系的观测结果相符合。
    26)从理论上推得并确认哈勃宇宙的惯性之和GMu/c2ru=1,可以说明为什么挂在北极的傅科摆的摆面完全跟着星空转。
    27)推得哈勃宇宙品质Mu=c3/GHo,品质为M的物体与哈勃宇宙或无限宇宙的引力能为GMuM/ru=Mc2,恰好符合质能关系E=Mc2
    28)给出了最大哈勃宇宙时空和最小普朗克时空两极相通的奇妙对应关系:Mu/Mp=Mp/µ=tu/Tp=ru/Lp=(c5/hGHo2)1/2、GMu/c2ru=GMp/c2Lp=1、GµMu/ru=GµMp/Lp=hHo=ε、GMu/ru2=Gµ/Lp2=Hoc或Mu/4πru2=µ/4πLp2=Hoc/4πG
    29)从理论上自然地解决了引力佯谬,给出哈勃宇宙或无限宇宙的引力势均为c2。
    30)可以从理论上自然地解决奥伯斯佯谬。
    31)通过空间本底量子,可赋予精细结构常数以新的物理含义:α=e2/(2εohc)=2(e2/4εoc/Ho)/ε=2(e2/4εo)/GµMu=2(e2/4εo)/GMp2,显示出精细结构常数除以2恰是两个电荷间的库仑力与普朗克品质间的万有引力之比,也是两个电荷间的库仑力与哈勃宇宙品质和空间本底量子品质间的万有引力之比,还是哈勃半径c/Ho间距下,两个电荷间的相互作用能与空间本底量子能量之比。
    32)推测水星渐渐远离太阳。美国宇航局(NASA)的一项新研究证实,太阳品质减小,引力逐渐变弱,无线电跟踪资料明显地表现出水星轨道正在扩大的迹象。
    33)取Ho=0.883×10–10/年,代入r=roeHot,推测36亿年前地球处于金星现在轨道位置,48亿年前火星处于地球现在轨道附近,那时火星可能更适于生命的存在,这与火星陨石等研究推断地球上的生命始于火星构成相互支持。
    34)推测目前地球与太阳的距离每年增加13.2米,基于雷达与高精度雷射器观测以及日全食历史资料分析等,发现确有类似的趋向,由不同方面观测估计,给出地日间距每年增大的数值分别是:15厘米、15米、22.6米,平均值约12.6米。
    35)把地月间距3.84×108米代入r=roeHot,可计算出目前地月间距每年增加3.4厘米。这与美国和法国科学家用二十多年时间通过镭射测距测得地月间距每年增加3~4厘米的结果相符合。
    36)推算月球近地点和远地点之差每年增加0.4厘米,经长期观测发现该距离之差每年增加约0.6厘米。
    37)推得月球公转周期每年增加4.2×10–4秒,该值同美国海军实验室T.C.Vanflanden以铯原子钟为时间基准,根据十几年间月掩星时间的精确记录,再排除潮汐摩擦等影响因素,发现月球公转周期以(2.22±0.35)×10–10/年的比率增长基本相符,当时认为其可能源于引力常数G以(0.9±0.4)×10–10/年的比率而减小。
    38)推测现在每月比9亿年前长4天多。这比较接近于美国查理斯•索尼特等科学家根据远古时期潮水活动遗留下来的沉积岩层厚度的细微变化,计算出每月潮水变化的周期,发现现在每月比9亿年前长5天。
    39)对于一个有圈层结构逐渐膨胀的星体,还可以预料星体外层与内核之间通常伴有转动差异,且往往是在大部分时间里,外层比内核的转动速度要慢些。现已观测到地壳比地核的转动速度要慢些[29],也有迹象表明太阳表层比太阳核心的转动速度慢。
    40)推测地球半径在50~100年间增大2.8~5.6cm,相应于地球周长增大18~35cm,这可能与所发现的洋脊每50~100年裂开一次有关。
    41)推测地球的体积可能在膨胀与收缩的脉动过程中逐渐增大。陆间边界的吻合性、大陆裂谷、板块移动、洋脊开裂和海底扩张乃至地震与火山爆发,似乎都与地球的体积变化(主要是增大)相关。根据地球膨胀与收缩过程导致地核与地壳的差异转动,可以解释地球磁场的产生及其变化。
    42)计算出寒武纪地球半径约为现值的95%,其结果与相应时期古地磁极分散度基本对应。当时日地距离比现在要近5%,地表温度等开始适于生物存活,或促成寒武纪地球生命大爆发。
    43)可推定20亿年前元古代初期,地球半径只有现值的84%,据此可以对古陆作较完整的立体拼合。
    44)推断25亿年前太古代末期,地球半径约为现值的81%,基本符合与古陆在半径缩小的球面上曲率变化的电脑类比检验结果。
    45)计算出现今地球半径为46亿年前初始半径的1.5倍,相应于地球增大的面积为目前地球表面积的56%,大约与目前洋壳面积相符,说明洋壳可能是地球膨胀演化的结果,这也恰好同科学家根据记录到的各大洋边界扩展推断地球形成到现在其半径逐渐增长的总量为现值的1/3相符合。
    46)计算出地球半径46亿年来平均增长率为0.46毫米/年,目前总体上地球半径的增长率为0.56毫米/年。该值同L.Egyed根据古地理图显生宙面积的扩大得出的地球半径以0.5毫米/年的速率增大相符合。申文斌等人通过全球分布的重力台站与重力卫星联合解算建立高精度、精细时间解析度的时变重力场,根据所得地球惯性矩的年增加量计算了地球1996~2006年间的半径变化,得出10年间地球半径的增长率为0.58毫米/年的研究结果;还采用高精度GPS,VLBI空间大地测量资料综合解算所得ITRF和ITRF2000站座标和速度,用Delauany演算法生成三角网逼近计算地球的体积变化,结果表明这10年间地球半径的增长率为0.54毫米/年。
    47)按照现在地球半径的增长率为0.56毫米/年的推测,说明地球膨胀也是造成海平面上升的一个重要因素。从全球范围的海平面变化趋势看,100年来,海平面上升速率约1毫米/年。
    48)计算出地球自转周期的长期变化为每十万年日增长1.5秒。该值同地球自转周期长期变化每十万年日增长1~2秒的实际结果相符。根据中国河南安阳出土的甲骨文日食的记载和经史书所确认的日期(西元前1301年)及美国天文学家计算出的当时每天比现在短47‰秒,根据古生物学家发现的珊瑚年轮随地质年代的变化,二者均给出地球自转周期的长期变化为每十万年日增长约1.5秒。
    49)推测月球或许是在地球起初高速自转和地球膨胀地壳初次破裂时由地内物质剧烈喷发形成的,这种形成方式会使月球内部有大量空洞存在。观测表明,月岩中氧、钛-50及钛-47的同位素比例与地幔相仿,月球的确像是中空的。
    50)推测反映星系退移的光谱线红移量Z将随着时间的推移而逐渐增大:Z=ZoeHot,这可以通过长期精密观测所选定的同一星系光谱线的红移量随时间的变化加以检验。据悉,目前国内外正着手联合开展研究观测星系红移随时间的变化,大约需要十年的时间给出实验观测结果。
    51)推测目前宇宙微波背景辐射波谱峰值频率每年大约降低15赫兹,所对应的2.7开氏度再经过哈勃时间1/Ho后将降至约1开氏度。
    52)推得哈勃宇宙物质平均能量密度ρu=(Muc2/ru3)~10焦耳/(千米)3、哈勃宇宙空间本底量子平均能量密度ρue~10焦耳/(千米)3,与“目前观测的真空能量密度”~10焦耳/(千米)3具有相同的数量级,普朗克能量密度ρp=(Mpc2    /Lp3)~10121焦耳/(千米)3,ρu与ρp比值:ρu /ρp=(Muc2/ru3)/(Mpc2/Lp3)=hGHo2/c5=Lp2/ru2=µ/Mu=(µ/Mp)2~10–120
    53)推测引力波可能是天体以其品质衰减dM/dt=-HoM辐射空间本底在天体加速运动时出现空间波动的传播。若品质为M的中心天体和品质为m的小天体均为极致密天体,其天体半径与天体品质关系为r1≈GM/c2 、r2≈Gm/c2,在r1+r2≈r(两个天体间距)条件下,品质为m的小天体绕中心天体公转线速度趋近光速c,则引力波角频率ω≈c3/GM
    54)与Mc2=hν伴随的空间本底量子辐射类似,当温度为T时,物质粒子的附加波动频率为ν′=kT/h,其对引力的相对影响程度为ν′/ν=kT/Mc2;当温度T(或内能)变化时,通过附加波动力(k/c)dT/dt=(h/λ2)dλ/dt,影响着物体以及物体之间的引力。由此可以解释随着物体温度的升高,物体重量变轻和物体之间引力下降现象,以及物体之间的引力减增还受到非传热情况下附近其它物体温度升降影响的现象]。
    55)考虑到品质为m的小星体绕品质为M的中心天体作圆周运动,中心天体辐射引力场速度c方向在切向速度为v的小星体看来呈偏斜角θ=arctgv/c,从而受到动态切向力Fθ=GMmv/cr2作用。
    56)通过牛顿万有引力定律与库仑定律形式上的相似性、空间本底量子赋予精细结构常数α以新的物理含义,以及空间本底量子速度为光速c、无限宇宙空间任一处的引力势Um=c2=1/(εoµo),(εo为真空介电常数,µo是真空磁导率),可能有助于进一步发现牛顿万有引力与电磁力的某种联系。
    57)由品质时变关系(32)式,给出牛顿引力势Uµ=-GM/r =-(GMo/r)e–Hot,其中,传递牛顿引力的空间本底量子能量ε与传递核力的π介子固有能之比为10–40,恰约等于引力作用强度与核力作用强度之比。按品质µ的空间本底量子满足Klein-Gordon方程,则求得空间本底量子传递的牛顿引力势Uµ~-(1/r)e–(µc/h)r=-(1/r)e–Hot ,这与描述核力的汤川势数学形式相同,可见牛顿万有引力与核力有相似的物理图像。
    58)推得物质粒子辐射空间本底量子的速度为光速c,说明光速c应是粒子的速度极限,按空间本底量子即是构成引力场的基本量子,可与一些初步观测到的引力波和引力场的传播速度为光速c相符合。
    59)按引力场的传播速度为光速c,类比于Maxwell方程和Lienard-Wiechert推迟势,可以给出万有引力定律的推迟形式,既能满足洛伦兹协变性,与狭义相对论相容,又能推得水星进动、光线偏折、雷达回波延迟和引力红移,且相同或相近于广义相对论在这些方面的理论计算与实验观测结果。
    60)推得物体以恒定光速c辐射空间本底量子生成动态空间本底,形成了四维时空,当物体之间出现相对运动时,其动态空间本底以及其中的光线或电磁信号传递发生相对偏转,由此可推导出洛伦兹变换和能够给出广义相对论一系列结果的新变换。
    61)可从理论上解决广义相对论遇到的一直困扰天文学界的DI海格立斯双星进动难题(双星累积进动观测值为0.64度,理论计算值0.66度,广义相对论计算值2.34度)。
    62)赋于爱因斯坦—德布罗意关系、薛定谔方程、牛顿第二定律、万有引力定律和哈勃定律以及狭义与广义相对论在基础上的相融性和可理解性,使得牛顿经典力学与现代物理学及宇宙学在基础上自然地衔接起来。

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