物体作用的基本定律与绝对参照系统

志勰

[简介]根据作用对外分布的规律:(1)物质对外界的作用可以当作一个点源处理。(2)物质对外界的作用在空间的延伸过程中可以当作各向同性。(3)物质对外界的作用在延伸过程中其总量没有损耗。
    可以应用于所有的物质作用模式,任何通过空间相互作用的两个物体都可以采用这个规律来描述两个个体间的作用。
    作用的传递速度的延迟性会导致相同的时刻,两个通过空间作用的相互作用体作用的大小不等。如果空间介质存在,那么利用万有引力作用传递的延迟性,可以建立行星公转平面上的绝对参照系统。


一、引言

    在物质运动变化规律中,导致物质的运动状态发生改变的原因我们通常都归结到因果律上,力或者作用则是导致物质发生运动变化的直接原因。因此精确的建立力与物体状态的关系则是精确描述的基础。

    物体间的作用可以划分为两种形式的作用:一种形式是通过物体直接的作用,如碰撞、摩擦、牵引。另一种形式是间接的通过介质、空间等发生相互作用。如各种波、各种场。对于前一种形式,是属于机械运动的领域,而后一种形式则是属于波动领域和空间介质领域。

    本文是针对后一种形式,探讨通过空间而发生相互作用的基本作用规律。

二、物质作用的基本规律

    通过空间发生相互作用的物体,最简单的莫过于两个静止物体间的作用,我们通常都将物体采用理想的点源处理。如图1:

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图一

    一个对外界提供作用的原点a ,它对外界提供作用并且它提供的作用穿过s球面和y球面,那么这个点源给与s球面一个单位面积的作用和它给与y球面一个单位面积的作用遵守平方反比的关系。点源所提供的作用力的作用强度与作用面的距离之间的关系是与距离的平方成反比。您可以通过简单的几何知识进行证实。如:只要检验s球面的一个单位面积和s球面的总面积的比值、y球面的一个单位面积与y球面的总面的的比值,两者的关系就是s、y两个球面单位面积所受到的点源的作用。<可参见:电荷的属性——以及基本电荷相互作用的特点

     即从点源出发所提供的对外界的作用均匀的分散到与它相等距离的球面上。这一点是由作用传播过程中的空间结构决定的。


     在如上对点源对外界作用的分析中,采用了如下的三点假设:

(1)物质对外界的作用可以当作一个点源处理

(2)物质对外界的作用在空间的延伸过程中可以当作各向同性

(3)物质对外界的作用在延伸过程中其总量没有损耗

    对于如上理想的作用模式,点源对外界的作用,平方反比的关系是严格成立的。我认为可以将它作为物质作用的基本定律。

    点源作用的规律可以表示为wtzydjbdlyjdczhxt-2.gif (1082 字节)

    其中F为距点源为r距离处的单位面积的作用强度,wtzydjbdlyjdczhxt-3.gif (928 字节)是与作用属性相关的常数,Q为点源单位面积的作用强度,r为距离。比如距电荷一定距离处的电场强度,距波源一定距离处的波的强度。

    它的应用范围可以应用于所有的点源作用模式。比如:天体间的万有引力作用规律、基本粒子间的作用规律,可以将作用源当作点源处理的所有可以发生作用的物体间的作用。

    对于两个物体间的作用可以采用如下的通用表达形式:

wtzydjbdlyjdczhxt-4.gif (1302 字节)

    其中wtzydjbdlyjdczhxt-5.gif (862 字节) 为作用的大小,和力的单位是相同的。wtzydjbdlyjdczhxt-3.gif (928 字节)为物体作用属性相关的常数。wtzydjbdlyjdczhxt-6.gif (955 字节)wtzydjbdlyjdczhxt-7.gif (956 字节)分别为参与物体间作用的量,随作用属性的不同而不同,如引力的质量、库仑力的电量等。r为两个作用源之间的距离。

    对于非点源物体,那么只要将非点源物体进行微分成一个个点源,对它们进行积分就可以了。

    但是,在对物体间作用的客观应用中,这个理想的作用规律除了两个绝对静止的作用源之外却不能严格的应用于物体间的作用。


三、 物质作用基本规律的推广应用

1、作用源间介质对物质作用的基本规律的影响

    在两个相互作用的物体之间,总是存在着其它的介质,比如地面上两个电场之间的空气。wtzydjbdlyjdczhxt-3.gif (928 字节)针对不同的介质,要进行相应的改变。作用源间介质的影响是不能忽略的。

2、运动物体间对物质作用基本定律的影响

    我们找到两个绝对静止的物体并不容易,至少到目前为止,还不能找到两个绝对静止的相互作用的物体。而只能找到两个相对静止的物体。我们所要处理的两个近似点源物体间的作用大都处于某种运动状态,比如两个天体间的作用,太阳和行星。那么如何去处理这类的作用呢?

    (1)物质作用基本作用定律对运动物体间的作用的处理方法

    由于物体间的基本作用规律针对静止的物体严格成立,那么当两个物体相对运动时,两个物体间相对运动的空间位置会发生随时的改变,那么,物质作用的基本规律在运动的两个物体的相对距离上则不在严格成立。

    如图二,一颗行星围绕一颗恒星在自己的轨道上运行,比如太阳。当行星运动到A位置时,行星所受到太阳的引力遵守引力定律,行星在A位置发出对太阳的作用需要一个传递时间才可以作用于太阳,当行星在位置A点发出的作用作用于太阳时,那么行星已经运动到B点。同样的当行星在B点的作用传递到太阳时,行星已经运动到C点。这种作用的传递速度使行星到太阳之间的引力作用有一个延迟作用,作用力和反作用力并不同步。只要行星的运行轨道不是标准的圆形,相同的时刻,太阳受到行星的引力和行星受到太阳的引力大小并不相等。因为在点源相同距离处,点源所发出的作用在空间的分布上仍然要遵守平方反比的关系。

    这样在观测上,我们观测到太阳和行星相距确定距离的空间里发生的引力大小,也就同样不能简单的采用万有引力定律来求解了。

    那么如何通过观测位置来确立两个天体的引力呢?这和作用的传递属性有一定的关系。

wtzydjbdlyjdczhxt-8.gif (8030 字节)

    对空间作用传递在历史上有两种处理方法相关的观念。

    一种方法是相对论或者现代物理对作用源提供作用传递速度的处理结果,有两点:一是作用源提供的作用在空间传递速度同作用源无关,二是作用的传递速度相对于被作用物体的速度为光速。但由于相对论对物体存在的空间属性采用空间收缩的方法来间接的处理物体的存在属性和空间属性的关系。那么我们不能从相对论定义系统中,得到作用在空间中传递的物质间作用的关系。因为被作用物体不论速度多少,作用传递速度相对于被作用体总是一个常数C,该种方法对于精确求解是不能采用的。

    另一种方法是经典电磁理论中空间介质以太的假设,即引入空间介质。但在1887年被迈克尔逊—莫雷实验证明刚性的以太是不存在的。但是否存在其它形式的以太还是一个未解之谜。引入空间介质的假设,运动物体间的作用在空间分布的过程可以采用介质的模式去处理,但是这里面有一个困难,就是我们目前不能探知这种空间介质的状态。如果我们的观测结果是确定的,那么采用物体间作用的方法可以根据观测结果来反向的确立空间介质的状态,建立空间介质和物体运动状态的关系,也是我们通常所说的建立以空间介质为静止参照系的绝对的参照系统。

    由于我们通过一个观测结果只能确立一个物体相对于空间介质的速度分量。我们通过三个不同运动方向轨迹的观测结果,可以对物体相对于空间介质的相对速度进行合成,就可以确立物体相对于空间介质的运动,那么这个谜就可以解开了。(这种引力作用的大小是不能被直接观测到的,必须根据这种引力的模式建立行星运动轨迹的方程,通过对行星运动轨迹的观测,才可以确定。)

    此外,还有一种近似处理的方法。就是采用忽略掉空间介质的存在。在两点假设的基础上,即:作用源同作用的传递速度无关、作用的传递速度为光速。来近似的处理作用的传递问题。而精确求解则只需要在求解的方法中引入空间介质的坐标平移就是空间介质处理模式。当然,这需要采用牛顿力学所定义的空间模式。

(2)空间对作用传递的选择性

    空间对作用传递速度有两种可供选择:一、不引入空间介质,将空间当作真空看待。二、引入空间介质,空间中充满了空间介质。这两方法是等效的方法。

    如果我们不引入空间介质,将空间当作真空看待,那么物体间的引力的作用模式需要采用场粒子发射的模式。但由于物体的质量不会因为发射场粒子而发生任何的改变,我认为这种模式是不可取的。另一方面,这样处理总是要面对相对运动,场粒子相对于被作用体的运动速度则不能严格确定,必然采用相对论中的常值C来描述了,这样的描述必然是相对论系统了。不建议采用这种方案。

    如果引入空间介质,空间中被假设充满一种空间介质,物体间的引力通过介质的传递来实现。那么空间介质的状态和属性是我们所面对的一个困难。这个困难主要反映在两个方面:

    一方面是空间介质是否可以被当作各向同性处理。即宇宙中所有的空间介质是否可以被当作相同的。这一点可以通过宇宙中不同地点的行星运动的轨迹来解决。由于观测精度的问题,遥远天体的精确观测会存在一定的困难。

    另一方面是空间介质是否可以被运动的天体所戈引,虽然在历史上对这方面进行过多方面的实验,但是都是通过对光的干涉来实现的,来验证狭义相对论的实验。麦克尔逊——莫雷实验中已经确定刚性以太不能存在。对于引力的影响我们不能确定。但有一点,会影响空间介质所传递的引力作用,并存在一个微量的关系。这一点影响的大小和物体与空间介质的相对速度有一定的关系。但由于我们假设“物质对外界的作用在延伸过程中其总量没有损耗”,是可以忽略掉的。如果要进行精确,那么需要建立空间介质传递的引力和被作用物体的运动速度的关系。但由于作用模式不能知晓,引力作用和物体运动状态的转化关系有一定的困难。

四、    两个运动作用源的作用关系

    最简单的两个天体间的运动是一颗行星围绕一颗恒星沿椭圆轨道转动,即:存在相对速度。假设恒星占有这个系统绝大部分质量,那么这就构成最简单的相互运动的两个作用源的关系。

    见图二:当行星在B点时,恒星D正好接收到行星在A点时发出的引力作用。行星在AB两点间运动的速度为v.恒星和行星的质量分别为m1和m2.AB间的距离为a. b/C=d/v,其中C为光速。

    行星在B点受到恒星的引力为:

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    G0为万有引力常数。当行星处于B点时,它所接收到行星的作用来自于A点发出的引力作用。那么当行星在B点时,恒星所受到行星的引力为:

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    其中b2=a2+d2-2adosε.b=dC/v,C为光速。

    恒星和行星在相同的时刻,所受到的引力的大小并不相等。wtzydjbdlyjdczhxt-11.gif (1027 字节)。两个具有一定相对运动速度的电荷间的作用也是相同的。

  两个相对运动物体间的作用,可以采用坐标平移的方法来实现。我认为在这里应该采用牛顿力学系统,而不要采用相对论。在平移的过程中,允许作用传递和被作用物体之间的相对速度不等于光速。

五、    绝对参照系统

1、绝对参照系统确立的一种可行性的方法

    如果我们确认空间介质为绝对参照系统的参照系统存在,那么在采用上述的方法求解的过程中,存在一个未知的量,这个量就是物体相对于空间介质的速度。这一点在求解的过程中,可以在求解的参照系统中引入一个相对于空间介质参照系统的相对速度v介质来实现,通过三对不同相对运动方向作用的物体进行观测,根据理论和观测数值的来合成,空间介质的绝对参照系统相对于我们采用的参照系统的速度。这样就可以建立绝对参照系统。

2、采用引力作用的方法来确立参照系统的可行性

    采用行星对恒星的作用的引力差异来计算恒星的轨迹来确立绝对参照系统是没有可能的。唯一可能的方法是计算两个相邻行星之间在近距离时对两个行星运行轨道的影响。

    如果要绝对参照系统对理论和观测之间影响的差值较大,那么必须具备这样的特点:

(1)行星之间的距离要大,通过引力作用的延时性的延长,会提供较大的理论和观测数值差异。

(2)行星之间的引力要大,行星之间的引力如果较小,那么相对来说我们需要提供更高的观测精度,采用引力的方法本身所需要的观测精度已经要求很高了。几乎就到我们的观测精度极限。

    太阳系中除了最内侧的水星和最外侧的冥王星之外,其它的行星的偏心率在0.01到0.09之间,接近圆形,并且都是相同的运行方向。考虑到行星的卫星在两个行星相遇之间,会存在卫星和另一颗行星相对运动的时刻。那么,确立绝对参照系统还是有一点希望的。

    但是由于行星和卫星所运行的方向都在一个平面上,那么采用这种方法只能确立空间介质相对于行星公转平面上的绝对参照系统,却不能确立垂直于这个平面的空间介质的绝对参照系统。

六、小结

根据作用对外分布的规律:

    (1)物质对外界的作用可以当作一个点源处理。(2)物质对外界的作用在空间的延伸过程中可以当作各向同性。(3)物质对外界的作用在延伸过程中其总量没有损耗。

    可以应用于所有的物质作用模式,任何通过空间相互作用的两个物体都可以采用这个规律来描述两个个体间的作用。

    作用的传递速度的延迟性会导致相同的时刻,两个通过空间作用的相互作用体作用的大小不等。如果空间介质存在,那么利用万有引力作用传递的延迟性,可以建立行星公转平面上的绝对参照系统。

后语:寻找绝对参照系,不论是从科学史上,还是网上的朋友,很多人都尝试过。历史上曾采用对光的作用传递来测量,如麦克尔逊莫雷实验。

    最初我曾考虑过采用高速运动电荷的减速过程中来获得绝对参照系的信息,但是由于相互作用的复杂性,不宜采用试验的方法验证。作用在传递过程中具有延时性,在较大空间距离里的天体间的作用,这种延时性会使绝对参照系的对天体的影响扩大。沿着这样一种思路作为一种尝试。

    我的数学并不好,具体的理论计算需要处理多体问题以及传递过程中的延时性问题,数学较为复杂,我不能完成这部分工作。另一方面,对于空间介质传递的引力和物体运动速度的作用关系上,由于作用的模式是未知的,目前不能找到这种微量级的关系。数学好的朋友不妨尝试一下。不过验证需要观测的精度非常高,这一点依赖于我们所采用的参照系统和空间介质相对速度的量值。限于观测精度和误差的问题,也许没有实用的价值。仅具有理论的价值。当然,如果可以解决观测精度和误差的问题,确立行星公转平面上的绝对参照系统应该是没有问题的。

2003.8.21


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