第一章 波动的周期和频率的乘积=时间 波动的波长和(单位时间内的)频率(次数)的乘积可以描述空间的长度
第一章 牛爱时空观
1.1 牛爱时空观
经典时空观是绝对的,时间和空间互不相关,力的相互作用是超距即时的。
《力学》294页,“关于空间和时间的问题,牛顿有的是绝对空间和绝对时间概念。所谓绝对空间是指长度的量度与参考系无关,绝对时间是指时间的量度和参考系无关。这也就是说,同样两点间的距离或者同样的前后两个事件之间的时间,无论在哪个惯性系中测量都是一样的。牛顿本人曾说过:‘绝对空间,就其本性而言,与外界任何事物无关,而永远是相同的和不动的。’还说过,‘绝对的、真正的和数学的时间自己流逝着,并由于它的本性而均匀地与任何外界对象无关的流逝着。’”“牛顿的这种绝对空间和绝对时间的概念是一般人对空间和时间概念的理论总结。我国唐代诗人李白在他的《春夜宴桃李园序》中的词句:‘夫天地者,万物之逆旅;光阴者,百代之过客’,也表达了相同的意思。”
确实如此,时间和空间的绝对性,是与任何物质的运动形式或者物体的运动状况或者引力场无关的。对于牛顿的经典物理来说,这些观念似乎仅仅是先验的、直觉的东西,但是经过爱因斯坦的相对性(从而证明了绝对性)、有关的天文观察、实验和严密的数学和逻辑论证以后,时间和空间的绝对性就是经过实验证明的绝对的了。
因此,以后称绝对的时空观,可以称为经典时空观,或牛顿时空观,当然,更应该称为牛爱时空观——牛顿-爱因斯坦时空观,因为在牛顿这里,仅仅是先验的直觉的认知,而经过爱因斯坦的论证后,是经过实验证明的颠扑不破的真理。因此,以后举凡称时空观,我们应该称为牛爱时空观。
证明牛爱时空观并不难,因为只要进行牛爱变换和超距作用的讨论就足够了,当然,为了理解更深的物理规律的变化,我们从牛爱变换中提炼出牛爱因子和牛爱变换,以便拓展运动绝对性的普遍意义。
1.2 牛顿定律
《力学》57页,“牛顿所叙述的三条定律的中文译文如下:
“第一定律 任何物体都保持静止的或沿一条直线作匀速运动的状态,除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。
“第二定律 运动的变化与所加的动力成正比;并且发生在这力所沿的直线的方向上。
“第三定律 对于每一个作用,总有一个相等的反作用与之相反;或者说,两个物体对各自对方的相互作用总是相等的,而且指向相反的方向。”
注意,牛顿的时空观念是绝对的,即有一个绝对的不动的静止参考系,因此,上述三个定律的基础就是相对于绝对静止参考系来说的,不要受到爱因斯坦相对论的蛊惑和教科书的无由逻辑的煽惑,搅昏了自己的头脑。
第一定律又称为惯性定律,初中物理课本是这样叙述的,“英国科学家牛顿概括了伽利略等人的研究成果,总结出如下的规律。一切物体在没有受到外力作用的时候,总保持匀速直线运动状态或静止状态。这就是著名的牛顿第一运动定律。”“物体保持匀速直线运动状态或静止状态的这种性质叫做惯性。因此牛顿第一运动定律也常常叫做惯性定律。”“力是改变物体运动状态的原因。”“力的作用不是使物体运动,而是使物体的运动状态发生改变。”“物体在平衡的力的作用下,保持匀速直线运动状态或静止状态。”“牛顿第一运动定律讲的,物体在不受外力作用时保持匀速直线运动状态或静止状态,实际上只是一种理想情况。物体之间总是要发生相互作用的,不受外力作用的物体是不存在的,我们看到的匀速直线运动状态或静止状态,都不是由于物体没有受到外力,而是它受到的外力互相平衡的结果。”
当我们实现统一力和统一场后,知道了万有斥力是由于曲线运动形成的,万有引斥力平衡后形成永动,永动状态下不会发射电磁波,就对牛顿的惯性定律有了更为深刻的理解。因此,惯性定律需要加深理解。因为这是通过爱因斯坦探求运动相对性和统一场的理念上发展而来的,现在我们称此为牛爱第四定律排列在牛顿运动三定律之后。
牛爱第四定律:物体在平衡力的作用下,保持椭圆曲线的永动状态,并且不对外发射电磁波。反过来说,就是,物体曲线运动时产生万有斥力。
《力学》71页介绍了万有引力,“引力指存在于任何两个物质质点之间的吸引力。它的规律首先由牛顿发现,称之为引力定律,这个定律说:任何两个质点都互相吸引,这引力的大小与它们的质量的乘积成正比,和它们的距离的平方成反比。”
用m1和m2表示两个质点的质量,以r表示二者之间的距离,则二者之间的万有引力为,
f=Gm1m2/r2 (1.1)
式中f表示二者之间的相互吸引力,G是引力常量,在国际单位制中它的值为,
G=6.67259×10-11N8226;m2/kg2 (1.2)
万有斥力就是教科书上介绍的惯性离心力(比如《力学》90到91页),但是被错误的歪曲了,因此万有斥力的公式为,
F=mω2r (1.3)
表面上看来万有引力和万有斥力不对称,其实是对称的。万有引力是两个质点之间的相互作用,但是会在宇宙空间激发引力场。万有斥力是曲线运动形成的,是一个物体因为“向心力”而绕一个圆心的曲线运动产生的,同样要激发空间的斥力场,这样,万有引力提供的向心力正好等于天体轨道运动的离心力,因此在宇宙全空间激发的引力场和斥力场完全抵消为0。因此我们不必惊奇为什么宇宙中无穷的物质产生的引力没有撕碎所有的天体,因为引斥力场总和为0。
1.3 光速不变
对于牛顿的时间和空间来说,二者互不相关,对于爱因斯坦来说,时空的描述和光速(波速,比如还有声波声速)联系在一起,但是却有同样的绝对性。
波动的周期和频率的乘积可以描述时间。运动物体上或者引力场中的物体,其波动的周期和频率相关,周期缩短,频率加快,因此二者乘积不变,即经过牛爱因子修正的坐标钟就是标准钟,描述的时间是绝对的,不变的。任何运动物体上的坐标钟,或者引力场任何地方的坐标钟,经过牛爱因子的修正后,就是标准钟,报出的时间就是绝对的牛顿时间。
同样,波动的波长和(单位时间内的)频率(次数)的乘积可以描述空间的长度。运动物体上的或者引力场中物体上的波动的波长和频率相互关联,波长缩短,但是频率加快,因此二者乘积不变。波长和频率的乘积就是光速,光速不变,这样,就可以用光速表达量尺了。因为牛顿的时间不变,因此,经过牛爱因子修正的坐标钟,报出的绝对时间乘以光速,就是长度,因此长度不变。
这就是说,时钟走快,但是经过牛爱因子修正后,时钟报出的时间不变;波长(量尺)变短,但是经过牛爱因子修正后,量尺量度的长度不变。
现在,我们看看教科书坚持光速变慢的错误论证错失在哪里,
1.3.1 光线偏折和光速是否改变无关
一般的教科书,总是会拿光线偏折来作为光速减慢的一个佐证,这是完全没有道理的。《力学》351页,“值得注意的是,光线在太阳附近的偏折意味着光速在太阳附近要减小。……波面总是垂直于光线的,正像以横队前进的士兵的排面和队伍前进的方向垂直一样。从图中可以明显地看出光线的偏折就意味着波面的转向,而这又意味着波面靠近太阳那一侧的速率要减小。这正如前进中的横队向右转时,排面右部的士兵要减慢前进的速度一样。”
这完全是一个错误的比拟。《波动与光学》74页,“如果波能进入第二种介质,则由于在两种介质中波速(指相速)不相同,在分界面上要发生折射现象。”75页到76页则说明了,折射角度关系的内在原因在于光的波动性。因此,谈论波面,是从波动性来分析的。
但是引力场中的波线偏折,原因不是波动性而是粒子性。一个物体的速率不变而受到向心力的时候,它的运动方向会偏转但是速率不变。独立性原理是这样的,比如在地面上平抛一个物体,假如可以忽略空气的阻力,那么物体在平抛方向上的速率不变。当把光波当做粒子来看时,由于光子在运动方向上并没有受到阻力,因此受到引力场的加速后,只会发生偏转,而不会降低速率。
一定要注意,光子因为粒子性才有引力质量,不是因为波动性才有引力质量。比如,光子因为波动性,是没有惯性质量的。
1.3.2 雷达回波延迟不能够说明光速变慢
《神探狄仁杰》第二部,第三个故事《血色江州》中,狄仁杰对李元芳说,如果你看到的就是真相,那么还要分析推理干什么?因为一些多股势力的行动发生了重合,因此你看到的杀人凶手并非是原来的凶杀犯。
雷达回波的延迟不能够从光线的偏折增加的光程来解释,《相对论与时空》(244页称雷达回波延迟实验是由1964年夏皮罗提出的),245页给出了计算结果,光程的增加导致的时间延迟与实际测量的结果相差4个数量级,“由此可见,雷达回波延迟的主要原因是上述的光速在引力场中变慢而不是波程的增加。”
《大学物理续编》153到156页给出了详细的计算过程。但是有一点没有提及。想想看,地球和行星之间并没有用一个刚性的直杆连接起来,地球、行星、太阳都在虚空中自由的运动,难道就没有可能是当太阳没有位于地球和行星之间的连线上时,行星和地球的距离近一些,当太阳位于地球和行星连线上时,地球和行星的距离远一些?教科书没有分析行星近日点远日点的轨道变化,因此真正的原因应该就在这里。
1.3.3 错失在把时钟的走快改为走缓,把牛爱因子修改颠倒了
广义相对论继承了狭义相对论的错误,因此广义相对论不能够用引力场非惯性系等等来解决狭义相对论的问题。本书后面会给出绝对对钟法(也称雷达对钟法,或牛爱校钟法)证明时空间隔的绝对性、均匀性和同时性的绝对性。而所谓的专家却还在继承着狭义相对论的错失,
《相对论与时空》,240页,“狭义相对论的基本原理之一是真空中的光速不变,它适用于一切惯性参考系。存在引力场时,这一原理还对不对呢?答案是又对又不对,要看具体情况而定。强等效原理指出,弯曲时空中任何一点及其邻域都存在一个局部惯性系,在这局部惯性系中,狭义相对论的所有结论都成立,光速不变这一原理自然也是成立的。在星球(引力场源)附近的局部惯性系,就是相对于星球静止,但具有自降落加速度的参考系。这就是说,在引力场(弯曲时空)中任何一点观测其邻域的光速都是c且各向同性;即在引力场中的观测者测量到自己所在处的光速与一切惯性系中的一样,为3×108m/s。至于某一观测者测量引力场中别的地方的光速,则由于引力场中存在钟慢和尺缩效应,所得到的结果就再也不是c了。”这里的问题就是,没有统一的绝对的时空,而狭义相对论的错误必须使用绝对时空来修正。
《大学物理续编》144到149页讲解了史瓦西场中的时间和空间,这部分内容有一个对钟的方法,即“用飞来惯性系中的时钟和尺子校准史瓦西场中的时钟和尺子”。但是这部分内容却是先验地进行校正,把校对的方法使用反了。这段文字很隐蔽,所以介绍一个可以简单地找到错误的逻辑之处,见,
《力学》,356页,“如图D.12(a)所示(不附上该图并不影响对这段文字的理解,故略去,有必要参考者请阅原书),设想在地面建造一间实验室,在室内地板和天花板上各安装一只同样的钟。为了比较这两只钟的快慢,我们设下面的钟和一个无线电发报机联动,每秒(或每几分之一秒)向上发出一信号,同时上面的钟附有一收报机,它可以把收到的无线电信号的频率与自己走动的频率相比较。现在应用等效原理,将此实验室用以太空船代替。如果此船以加速度-g运动,则在船内发生的一切将和地面实验室发生的一样。为方便起见,设太空船在太空惯性系中从静止开始运动时,下面的发报机开始发报。由于太空船作加速度运动,所以当信号经过一定的时间到达上面的收报机时,这收报机已具有了一定的速度。又由于这速度的方向和信号传播的方向相同,所以收报机收到的连续两次信号之间的时间间隔一定比它近旁的钟所示的一秒的时间长。由于上下两只钟的快慢是通过这无线电信号加以比较的,所以下面的钟走得比上面的钟慢。用等效原理再回到地球上的实验室里,就得到靠近地面的那只钟比上面的钟慢。这就是引力时间延缓效应。”这样的方法就是本来心明眼亮,却拿起锥子刺瞎自己的双眼——为什么不在地面实验室里面进行发报机的联动测量两个时钟的走时快慢呢?这样的结果必然是下面的钟走得快,而上面的钟走得慢——但结论是错误的。为什么不能够使用太空船呢?因为光信号向上面的钟跑过去时,上面的钟已经向前运动一段距离了,这里面有一个追击的因素在里面。如果反过来,让太空船上面的钟配发报机,而下面的钟配收报机,那么由于光信号还没有走到下面的钟的位置,而下面的钟就迎上来了,因此就有相反的判断标准。事实上,因为太空船的两个钟的运动状态同步(包括加速),因此,两个钟的走时速率必然完全相等。把原来等时的钟校对出不等的时间间隔,这就是专家的能耐。地面的钟不同,因为上面的钟和下面的钟引力场强度不同,所以走时频率不同。但是太空船因为上面的钟和下面的钟具有同一个加速度,因此两个钟走时的频率等同。地面和太空船的时钟是不能够相比的。太空船的的两个时钟所以校对出不等,在于有一个“追击”问题。这种方法,是把狭义相对论的“追击”问题导入了广义相对论,其基础就是根本性的错误的,因此怪胎辈出,专家们被自己的聪明搞乱了阵脚。
注意,这里还有一个完全不相等价的因素。《力学》349页,“一个在引力场作用下自由下落的参考系叫局部惯性系。”“局部惯性系和真正的惯性系没有本质差别这一点说明:不仅匀速直线运动有相对性,而且加速运动也有相对性——在自由下落的飞船内,宇航员无法通过任何力学实验来查出飞船的加速度。1911年,爱因斯坦在形成广义相对论之前就提出,这一广义的运动相对性不仅适用于力学现象,而且适用于其它物理现象。他把这个关于引力的假设叫做等效原理。”这里有一个严肃的逻辑问题,引力场的因子是(1-2GM/c2r),与引力场强g=GM/R2无关,而太空船的加速度只有和引力场强g=GM/R2对等的加速度a=g,没有和因子(1-2GM/c2r)有关的量。而在《大学物理续编》146页又谈到“在广义相对论中有爱因斯坦假设:假定杆和时钟的性状都只与速度有关,与加速度无关,此假设已有实验证实,…”即太空船不会因为加速而有时钟走快或走缓的变化,但是引力场却因为因子(1-2GM/c2r)而有变化,两个完全不同的场合的时钟,怎能胡乱联系和对比,作为校钟的标准呢?
这样,把时钟的校对方法搞颠倒了,自然就出了问题。事实上,结论是光速不变。由于所谓的广义相对论继承了所谓的狭义相对论的错误,因此,要证明光速不变和牛爱因子的逻辑关系,还要回到关于迈克尔逊-莫雷实验的讨论。
光速不变,与引力场无关,因此无论引力场有多大,即使是无穷大,因为光速恒为c,可以任意走到她想去的地方,因此不可能有黑洞。黑洞是不可见的,即物理学家给出的定义是光子无法逃逸出来,因此无法看见,才有黑洞的这个概念。现在,任何引力巨大的天体,都可以被看到——光速恒c不变,显然,这个黑洞的概念不存在,讨论黑洞就没有任何意义。
宇宙大爆炸,是从宇宙演化来谈论的。即来源于相对论的干扰,时间的走快走缓不一致,同时性的相对性等等的混乱带来的。后文通过牛爱校钟法证明了时间空间的绝对性,与物质和运动无关,因此讨论宇宙的开端,是极其荒唐的,因此没有必要讨论宇宙大爆炸。以后只要研究天体的演化就可以了。
1.4 牛爱变换(超距作用)
物理学的无理解——从迈克尔逊-莫雷实验得到的时间长度的涨缩结果就是证明物体不可能在以太中运动
先看看专家们的通行说法,然后再找出其破绽,从而证明关于迈克尔逊-莫雷实验的理论讨论是错误的。
《相对论与时空》33页到36页,这段内容引述如下:
船在河中运动的类比
为了容易明白起见,我们用一个简单的类比来介绍迈克尔逊-莫雷实验的基本点。
假定在一段宽度为D的平直河道上有两艘小船A和B,河水的 流速为u,两船相对于水有相同的速率V。船A从一岸横渡到正对岸然后返回出发点;船B平行于河岸向下游驶过距离D然后返回出发点(如图1.11所示)。可以想象,由于水流对两船的影响不同,它们往返同样距离所需的时间是不同的。现在就让我们来计算每一船来回所需的时间吧。
垂直于河岸的情形
我们首先考虑A船的情形。为了实现正对对岸过河,必须使船头斜向上游前进。船速(相对于河水来说)沿上游方向的分量等于-u,以抵消河水流速u,剩下的分量V'作为A船横渡的净速(参见图1.12)。由图可见,这些速率的关系为:
V2=V'2+u2
所以A船过河的实际速率为:
V'=(V2-u2)1/2=V(1-u2/V2)1/2
因此,A船过河的时间是D除以速率V'。此外,由于回程也要用完全相同的时间,故总的来回时间tA为D/V'的2倍,即:
tA=2D/V'=2D/V8226;(1-u2/V2)-1/2 (1.6)
平行于河岸的情形
B船的情形有些不同,当它顺流而下时,它相对于河岸的速率为V+u(参见图1.13),因而它向下游航行距离D的时间为D/(V+u)。然而,在它回程时,相对于河岸的速率却减为V-u,因此,它回到上游出发点需要较长的时间为D/(V-u)。总的来回时间tB等于这两段时间之和,即:
tB=D/(V+u)+D/(V-u)=2D/[V(1-u2/V2)] (1.7)
由(1.6)式和(1.7)式可见,时间tA和tB之比为:
tA/tB=(1-u2/V2)1/2 (1.8)
可见,如果我们知道两船的公共(对水的)速率V,又能测量出时间比率tA/tB,我们就能够确定河水的流速u。
该书36页还有一段文字可作参考,即“大家知道,如果两束光的光程一样,或者相差波长的整数倍,它们在到达观察屏时就有相同的位相,干涉的结果是形成最亮的明亮视场。如果光程差不是波长的整数倍,则这两束光在屏上有不同的位相,干涉的结果是强度发生变化。在实际的实验中,镜A和B不是完全垂直的,结果在光束中相邻光线的光程差稍有不同,以致在观察屏上出现明暗相间的干涉条纹。”
实验的结果是干涉条纹在实验误差范围内完全没有移动。这样,表面看来,干涉仪两臂的长度相等,或说“光速不变”,因而光通过两臂的长度时,所用的时间相等,因此不存在光程差,因此干涉条纹不必移动。
但是,我们知道,对于数学题来说,解题得到结果后,要把结果的数值代入原来的方程,如果方程式有理,则该解有效,否则此解无效必须舍去。但是对于物理题来说,我们从来没有进行过这样的分析。现在面临的就是这样,当我们进行洛伦兹变换爱因斯坦时空涨缩的解释时,如果把方程的解代入方程式,发现原来的物理逻辑失效了,注意,一定要代回去原方程进行逻辑分析,因为相对论问世后,给物理学带来了无穷的逻辑危机。
把引用的《相对论与时空》的方程式中的V改为光速c,即
tA=2D/c'=2D/c8226;(1-u2/c2)-1/2
tB=D/(c+u)+D/(c-u)=2D/[c(1-u2/c2)]
tA/tB=(1-u2/c2)1/2
干涉仪两臂的长度为D,对于tA实际走过的路程为2DA,对于tB实际走过的路程为2DB,那么,由于光程差为零,因此DA=DB。但是实际上光走过的路程是不同的,因为光程差为零,所以光走过的两臂长度需要的时间修正后为t,注意二者都是t。那么,从路程来分析,即
2DA=tc8226;(1-u2/c2)1/2
2DB=tc8226;(1-u2/c2)
那么,DA/DB=(1-u2/c2)-1/2
按照爱因斯坦的修正和他的光速不变原理,由于光速不变,那么通过tA和tB计算出来的DA和DB为,
tA/tB=(1-u2/c2)1/2=tAc/tBc=DA/DB=(1-u2/c2)-1/2
于是就是(1-u2/c2)1/2=(1-u2/c2)-1/2
因此有(1-u2/c2)=1
即u2/c2=0,就有u=0。
注意这个u为0的意义,就是地球没有相对于空间的运动。这个速度不是从光速来看的,是从地球的经典速度,即地球绕太阳的轨道速度(还可以想到太阳绕银河系中心的轨道速度等等)为0来说的,这个逻辑就是,从我们的前提是地球在以太空间中的速率为u,经过爱因斯坦的相对论的时空涨缩后,结论是地球在空间的速率为0,这样的前后结论是矛盾的。因此,时空涨缩的修正不能够解释深层次的矛盾,即不能够解释为什么解题的前提是地球在空间的速率为u,而解题的结果却是地球在空间的速率为0,如果是这样的话,岂非就是经典的地球速率为0,以以太空间为参考系——那么,就不会观察到地球和太阳之间的相对运动!
实际结果确实是地球没有在空间运动,但是不是地球没有运动,而是地球完全拖动了自己的以太。
后文将会证明,对于真空中的光源,就以太参考系来说,光速为c,但是以地球为参考系时,速度不是c。对于地球上的光源,以地球为参考系来,光速为c,但是对于以太参考系来说,速度不是c。这究竟是怎么一回事儿呢?
在于有两个不同的光速。菲索流水实验和霍克实验证明了地球在太空中的运动即水和地球一起在太空中的运动,与水相对于地球的运动是不等价的,二者是两种不同的运动方式。这一点也可以通过光行差现象来说明。光行差现象是对于光源不在地球上的光源,但是如果光源在地球上,就不会有光行差现象。这些实验的分析以后会详细介绍。现在先说说该如何解释迈克尔逊-莫雷实验,因为对于时空的涨缩无法解释清楚实验现象,那我们该考虑什么方法呢?很简单,即考虑光速,波速,波速等于频率乘以波长,如果修正的不是时空的涨缩而是频率和波长的涨缩,即时间空间是绝对的,但是波动的波长和频率是相对的,因此一切疑难全部烟消云散。
麦克斯韦的电磁场理论给出的光速是光在真空中的速率为c,但是不是教科书那样说明的光速的测量结果与光源和观察者的相对运动无关,而是紧密相关。光或电磁波的运动服从伽利略变换,但有一个不确定因素在里面。这是一种量子理论谈到的内禀性质,不妨称为牛爱秉性。
如《量子物理》95页,“原子中的电子不但具有轨道角动量,而且具有自旋角动量。这一事实的经典模型是太阳系中地球的运动。地球不但绕太阳运动具有轨道角动量,而且由于围绕自己的轴旋转而具有自旋角动量。但是,正像不能用轨道概念来描述电子在原子核周围的运动一样,也不能把经典的小球的自旋图像硬套在电子的自旋上。电子的自旋和电子的电量及质量一样,是一种‘内禀的’,即本身固有的性质。由于这种性质具有角动量的一切特征(例如参与角动量守恒),所以称为自旋角动量,也简称自旋。”
图1.1中所示,即以绝对参考系为参考系,对于真空中的光源,光在真空中(即绝对参考系)的速度为c,以地球为参考系,光在真空中速度为c±u。地球是永动系,但依然要用伽利略变换说明,故以地球为参考系,光在真空中的速度为c±u。但是,因为菲索流水实验和霍克实验说明了有两种不同的运动形式,同样,用光行差现象和地球上光源观察光行差的差别,同样有不同的形式。因此,地球可以完全拖动自己的以太,因此,对于地球上的光源,以地球为参考系,光速为c,各向同性。但是以绝对参考系来看,地球上的光源发出的光的速度为c±u。就是说,地球完全拖动了传播光的以太。
这就是说,因为地球完全拖动了传播光的以太,因此迈克尔逊-莫雷实验中,干涉条纹本来就不应该移动。但是地球的在空间中的运动还是可以感知的,比如,傅科摆、科里奥利力等。
现在有一个要解决的问题,就是迈克尔逊-莫雷实验之后,许多实验都有了这么一个因子,即(1-u2/c2)-1/2,用γ表示,即
γ=(1-u2/c2)-1/2 (1.4)
怎样解释这样的一个引子?(量子的内禀性质)
其实很多物理学家没有发现吗?如果用光的波长和频率的涨缩同样可以解决这个因子的难题,就回避了爱因斯坦修改时空带来的逻辑混乱。本书中我们使用牛爱因子牛爱变换证明了牛顿时空的绝对性,爱因斯坦必须无条件服从。因此,这里使用光速的波长和频率来分担这个因子,就可以回避时间和长度的问题。
如果频率增大,波长变短,尽管光速不变,也可以“假惺惺”来解释这个问题(量子的内禀性质)。注意,因为地球拖动了以太,并没有真正的光程差。因此这里称为假惺惺。见图1.11,尽管因为地球的运动而有类似于船在流水中运动的比拟,但是在光速不变的情况下,频率加快γ倍和波长缩短γ倍,使得光程差正好等于波长变化的整数倍。这样,光程差的存在等效于没有光程差。这个解释称为牛爱变换。原因是光量子的集体不确定性,通过波动反映出麦克斯韦的传播光的以太,在完全被拖动时,也可以使用电磁以太没有被拖动来解释,就是说拖动和没有拖动是“等价”的。
这里讨论的牛爱变换的等价性,可以联系量子的不确定性,即位置和时间的不确定性(量子的内禀性质),因此影响到时钟的走时速率。因为运动物体的光波频率是加快的,因此时钟的走时速率是变快的而不是变慢的,这样,经过γ因子的修正后,仍然可以描述牛顿时间。即修正过的坐标钟是标准钟,报出的是标准时间——绝对的牛顿时间。
因为很多的物理现象都和γ因子有关,联系牛顿时空和所谓的爱因斯坦的不曾成立的相对论,因此把γ因子称为牛爱因子。需要进行牛爱因子修正的称为牛爱变换。
1.5 超距作用和绝对参考系
牛爱变换仅仅修正光速的频率和波长,并不对牛顿经典时空的时间和长度修改,因此不能更改牛顿经典时空观的绝对参考系。加上地球完全拖动了自己的以太,以及真空中的光源的光速,对于在真空中运动的观测者来说,速度发生了伽利略变换,因此更明显地证明了绝对参考系的存在。
《力学》214页谈到的资用能,“引起粒子转变的能量就是碰撞引起粒子的内动能,这一能量叫引起转变的资用能。”“在这种对撞机里,使质量和速率都相同的粒子发生对撞。由于它们的轨道动能为零,所以粒子碰撞前的总动能都可以用来作为资用能而引起粒子的转变。”这里面就有一个绝对的参考系。这个参考系就是地球,即一个永动系,等价于绝对参考系,因为完全拖动了电磁以太。尽管傅科摆和科里奥利力能够测出地球的转动!
相对于真空的光速为c(光源在真空中),相对于地球这个永动天体也是光速为c(光源在地球上),这可以联系粒子的不确定性,也就是超距作用。
超距作用发生时,光子的位置并不确定,那么,即使有光程差,但是这种超距的信息调制使得频率加快、波长变长,因此等价于没有光程差,这就是超距作用。(换句话说,光子的位置不确定等价于光子的频率不变,波长不变——因为光子的位置不确定而和频率波长的改变相互抵消了)
超距作用是普遍的,当然不会用EPR实验这样简单的实验来证明。可以选择,比如,正负电子对的产生和湮灭时电子激发全宇宙的电场和引力场来说明;生命探测仪的穿透对比来分析信息性;静电屏蔽(0K以下时静磁屏蔽)来理解;超导体的完全抗磁性(0K以下时完全的抗电性)来说明。还有,可以实现信息通信,把超距作用推向了实用化。
超距作用的无限穿透性与力的大小无关,而仅仅取决于信息。也就是说的信息力,自然界只有一个力,信息力,在原子尺度分化为电磁力和万有引力(0K以下时分化为磁电力和万有斥力),到了原子核尺度就有了核力和弱力的认识,其实都是信息力,只有这一个力而已。
1.6 伽利略变换
因为绝对时空并没有突破,时空间隔绝对,同时性绝对。任何运动物体或者引力场中,有统一的牛顿时间和空间长度,因此,分析物体运动时还是伽利略变换。
对于光速来说,仍然是伽利略变换,但是要注意光源的来源和不确定性的超距作用。
使用电磁波来分析物体的运动,仍然是伽利略变换,洛伦兹变换是错误的形式,只能够带来无穷尽的逻辑悖论和违背事实。因此要毫不客气地一脚踢出去,不许进入物理学。
牛爱变换借助于牛爱因子,使用牛爱变换去修正的有运动物体的时钟,但是,注意这个运动物体是相对于真空的绝对运动,因此时钟的走快是绝对的,不是两个相互运动物体之间的相互观望,而是在真空中绝对的运动效应!
现在,相对于地球的光速是多少呢?假如光源来自于真空,那么,以地球的速率为3×104m/s计,那么对于地球上的观察者,光速为3×108m/s±3×104m/s。这也是一个粒子可以相对于真空绝对参考系的运动速率上限。但是,这个粒子仅限于在地球上(地球引力场可以控制的范围),如果粒子是星际空间的粒子,那么速率就不能够突破光速。因为地球的永动特性相当于地球就是绝对参考系,因此才会有这个特点,即粒子运动速度的上限,相对于地球来说,仍然是无法突破光速。
物理学家依然使用笛卡尔直角坐标系,伽利略变换,一切归于正统。这里的关系仍然可以借助伽利略石块推理得到。
1.7 惯性系和非惯性系
牛顿定律不仅适用于惯性系,也完全适用于非惯性系。在于是否进行了对加速状态进行了伽利略变换。因此伽利略变换不仅变换速率,还要变换“加速度”。
当物体不是匀速直线运动,比如加速、转动、曲线运动时,以该物体为次级参照系,或两个在空间中非匀速直线运动的物体两者之间的相互“观察”(以自己为次级参照系),并非牛顿定律不再适用了,只需要加以“伽利略变换”修正一下(折换出和绝对参考系的伽利略变换关系),牛顿定律自然适用——否则,物理教科书如何解题?
《力学》84页,“站台上停着一辆小车,相对于地面参考系进行分析,小车停着,加速度为零。这是因为作用在它上面的力相互平衡,即合力为零的缘故,这符合牛顿定律。如果从加速起动的列车车厢内观察这辆小车,即相对于作加速运动的车厢参考系来分析小车的运动,将发现小车向车尾方向作加速运动。它受力的情况并无改变,合力仍然是零。合力为零而有了加速度,这是违背牛顿定律的。因此,相对于作加速运动的车厢参考系,牛顿定律不成立。”这是错误的论述,如果教材编写者使用伽利略变换修正,发现真正的加速运动者是车厢。因为把“加速运动的车厢”假定为“静止的——或说匀速直线运动的参考系”,所以根据“伽利略变换”,地面“静止小车”必然有加速度(车厢的加速描述成静止,地面静止小车的静止描述成加速,二者之间的相对关系并没有变化——仍然是绝对的)。比对一下“绝对对钟法”是如何使用“同一个光源的同一次发光”说明“同时性的绝对性”(见本书后面论证),立刻明白,牛顿定律正确!是“张三慧”这个主编用错了“牛顿定律”——他们没有进行伽利略变换倒换位置!
《力学》84页,“再看例2.5中所提到的水平转盘(在该书80页)。从地面参考系来看,铁块作圆周运动,有法向加速度。这是因为它受到盘面的静摩擦力作用的缘故,这符合牛顿定律。但是相对于转盘参考系来说,即站在转盘上观察,铁块总保持静止,因而加速度为零。可是这时它依然受着静摩擦力的作用。合力不为零,可是没有加速度,这也是违背牛顿定律的。因此,相对于转盘参考系,牛顿定律也是不成立的。”这和刚才使用加速运动的车厢为参考系犯下的错误一样,同样是没有使用伽利略变换进行修正。更深入的解释是,因为是转动,故有万有引斥力,万有斥力和静摩擦力相互平衡。比如地面物体受到地表的支持力而保持静止,但她有重力加速度。铁块的离心力(万有斥力)加速度和摩擦力平衡,合力为0。与地面物体的支持力与重力平衡合力为0一致。解决“科里奥利力”的仍然是牛顿定律,怎能说牛顿定律不适用了呢?如果再次指责教材的编写者时,我们还有词语——即铁块的法向加速度的指向是圆心,而盘面和铁块之间的静摩擦力“抵抗的指向”也是圆心。这是不合理的。正确的说法是,铁块的离心力(万有斥力)由圆心指向圆周,而盘面和铁块的静摩擦力“抵抗的指向”是圆心。二力相反,这和地球的引力与地面的支持力——方向相反是一致的。试问,当圆盘转速增高时,静摩擦力无法抵抗“法向加速度”,那么铁块是滑向圆心还是圆周?
注意质心参考系的论述,《力学》201页,“系统的内动能和系统内各质点间的势能的总和称为系统的内能。”“相对于质心参考系,外力对系统所做的功等于系统内能的增量。此结论也和质心参考系是否为惯性系无关。这又显示了质心的特殊之处。”看来,牛顿定律的成立于是否为惯性系无关。200页,“在只有保守内力做功的情况下,质点系的机械能保持不变。这一结论叫机械能守恒定律。在经典力学中,它是牛顿定律的一个推论,因此也只适用于惯性系。”这是因为没有使用伽利略变换对加速状态进行倒换,倒换后,牛顿定律自然就实用了。这一点,仔细注意教科书上的例题就得到了。即非惯性的分析仍然属于伽利略变换,于是结论就是牛顿定律总是成立,与惯性系或者非惯性系无关。
1.8 等价原理(等效原理)
等价原理(等效原理),就是绝对性原理(超距作用),相对性隐含在绝对性之中,或说绝对性统一了相对性。
1.8.1永动系等价于绝对静止参考系
因为永动的地球拖动了传播光的电磁以太(引斥以太),因此永动系等价于绝对静止参考系,尽管还可以通过傅科摆和科里奥利力检测出来。
当进行伽利略变换后,即使不是永动系,也可以等价于绝对运动参考系。因为经过了伽利略变换。
正因为一切参考系经过伽利略变换后都等价,因此,无论观察者处于何种运动状态或什么引力场,对于同一个运动物体或引力场中的运动物体的判断都是一致的,即只有一个结论——因为他们使用的都是绝对的牛顿时空观,现在我们称作牛爱时空观。
1.8.2 惯性系和非惯性系等价
刚才已经讨论过了惯性系和非惯性系,注意伽利略变换的彻底性。
补充,《力学》299页,“物理规律对所有惯性系都是一样的,不存在任何一个特殊的(例如‘绝对静止’的)惯性系。爱因斯坦称这一假设为相对性原理,我们称之为爱因斯坦相对性原理。”恰好相反,物理规律并不需要过分地区分惯性系或者非惯性系,而是需要同步地进行彻底的伽利略变换。同样,存在一个绝对的静止参考系,也就是整个宇宙的惯性系——真空以太参考系。
1.8.3 运动和引力场等效,速度和加速度等效
第二章《牛爱钟尺观》会详细讨论这个问题,因此有对应的牛爱因子和牛爱变换。
1.8.4 光速不变
(光速不变和超距作用等效,和量子的不确定性等效,我们的无理学家已经很清楚了,量子的内禀性质)
真空中的光源,相对于真空参考系的速度都是c,各向同性。永动物体上的光源,相对于永动物体的速度都是c,各向同性。
运动物体上的光速,频率变快,波长变短;引力场中的光速,频率变快,波长变短。
注意和爱因斯坦的光速不变原理有完全的区别。光速不变,遵守伽利略变换,因为有真空中的光源和永动系上的光源的区分。
1.9 运动的绝对性
运动的绝对性有三点体现,笛卡尔坐标的取向,运动速率,运动方向。
对于经典的在以太中的绝对运动,我们需要进行天文观察,在错综复杂的天体运动中,终于找到了太阳中心说。但是后来又发现,太阳也在跑,绕着银河转。
但是,物理学家受到了爱因斯坦的蛊惑,希望自己把眼睛闭起来,躲到封闭的小室内测量出自己的绝对运动。
这是可以的,
第一级,笛卡尔坐标的取向——加速运动的测量。
比如在地球上封闭的实验室,可以察觉出科里奥利力、傅科摆、惯性导航陀螺(回转仪),等等说明我们的绝对运动。但这仅仅在加速运动时,才能够测出相对于绝对空间的运动。这个意义是,比如一开始取定了笛卡尔坐标,比如现在实验者的头部和笛卡尔坐标的x轴方向一致,实验者在实验室内没有移动,但是她通过导航陀螺发现,经过一段时间后,她的头部现在和y轴一致,即实验者和她的实验室现在对于初拟的笛卡尔坐标发生了转动。
如果有直线运动的加速度时,比如引力场为0的自由空间,飞船内的物理学家,测量悬空的物体的加速度就行了,即物理学家所说的“非惯性系”,牛顿定律失效了——其实牛顿定律并没有失效,伽利略变换而已。
第二级,运动速率的测量。
正确修正爱因斯坦的相对论后,物理学家已经熟悉运动物体的时钟量尺的变化了。如果用运动物体上的时钟走快(振动固有频率加快),量尺压缩,反过来求解牛爱因子,就可以算出运动物体的速度是多少。这一点,对于处于“永动”的天体或者非永动状态的物体是一样的。(声波也是如此)当然,为了对比知道时钟的走时速率来确定时钟的标准即标准钟表达的时刻,可以使用放射性物质的衰变来确定标准时钟的走时速率。或者用运动物体上的光线偏折来确定时钟的走时速率也可以。
第三级,运动方向的测量。
现在我们使用运动物体上的光线偏折,就可以测量出运动的方向性了(当然也能够测出运动的速率)。钟尺观的相对性得到的时钟量尺的变化,无法确认运动的方向,而科里奥利力、傅科摆以及惯性导航陀螺也无法测出直线运动方向,除非看看外面的世界,否则封闭小室内是无法判断运动的方向性的。但是运动物体上的光线偏折却可以测出运动的方向。运动方向和光线偏折的最大角度的望远镜镜筒方向垂直,并且和光线偏折的方向相反。而且,这和科里奥利力、傅科摆、惯性导航陀螺不同,只要是运动就可以,比如匀速运动,就可以观察到光线偏折——当然,运动物体的时钟量尺也是因为匀速运动速度而改变的。
1.10 质量的定义,能量守恒,以太波
初中物理课本讲,“物体所含物质的多少叫做质量。”大学物理讲牛顿运动定律,讲惯性质量和引力质量。《力学》59页,“质量是物体惯性大小的量度…叫做物体的惯性质量。”71页,“物体与其它物体相互吸引的性质的量度,因此又叫引力质量。”本书将证明,“所谓的质量,就是电荷系的静电势能的大小(0K以下时就是磁荷系的静磁势能的大小)。”因此,质量的根本意义就是电磁势能大小的量度,这反映了电磁引斥力的统一,是最根本的质量定义。另外,对于电磁波光子(磁电波暗子),可以称为“动能质量”。因为动能和势能可以相互转化,所以动能质量可以和势能质量相互转化。
质量的意义大体如下列表,
质量 含义 意义 等价质量
物质质量 物体所含物质的多少 绝对物质性 势能质量
惯性质量 物体运动时与真空相互作用惯性大小的量度 真空惯性和以太惯性 势能质量
引力质量 物体之间相互吸引(排斥)性质的量度 引斥性质量 势能质量
动能质量
势能质量 电磁势能大小的量度 引力质量 惯性质量
动能质量 电磁动能大小的量度 光子质量
教科书说惯性质量和引力质量完全一样。说法不够全面,因为光子没有惯性,故相对于任何参考系的速率恒为c,而一般物体的速度则始终小于c,因为有惯性。但是,光子有动能,动能质量会受到引力场的吸引,比如光线在引力场中的弯曲实验观察就说明了这一点。引力红移和蓝移表明了光子在引力场中也有势动能转化。
动能质量和势能质量可以相互转化,也就是爱因斯坦的质能公式。但爱因斯坦的质能公式仅仅是一个数学式子,没有反映深刻的物理意义。故E=mc2,应该改作
E=m(μ0ε0)-1=mμgεe= mμeεg。 (1.5)
本书以后介绍的所有有关于牛爱因子牛爱变换的变化,都由能量守恒决定。对于所有的参考系,不管是运动物体还是引力场,光速恒c不变,也是由能量守恒决定。
不会有引力波。因为以太有两种形式,长程以太,即电磁以太(引斥以太)对应电磁波(磁电波),而短程以太即声以太,对应机械波(械机波),在这个对应的关系之外不会有多余的引力波!
二〇〇九年七月五日星期日
Myore
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自强不息 厚德载物
五十营
光速不变牛爱因子牛爱变换。相对论量子论统一场适应于绝对时空。能量生灭、永动机的理论和实验方案。静力学温标和静力学。物理四公理。磁单极子和电磁对称理论。牛爱校钟法牛爱偏折仪牛一统。
