第六部分 统一场论初版
本部分旨在建立爱因斯坦晚年所追求的统一场理论的方程组,所建立方程组的正确性有待科学实验的实证,根据实验结果存在着正确的函数关系或者必须有修正的可能性。因此,我把它称为《统一场论初版》,也就意味着存在改版的可能。
6.1 力和运动的来源、物理学的三个基本场量
前面文章的很多地方已经引用了“场”的作为物理名词。在这之前,我并没有明确地定义过“场”的物理内涵。这节主要定义物理参量中三种“场”基本的概念。这三种“场”是力场、运动场和空间场。并指出力场的来源、运动场的特征、空间场的分类。为质量缺口的分析、四种力的统一和统一场论的构建作相应的铺垫。
场具有不可视特征,但存在着的某些动力学规律是非常具体的,虽然这些具体的场在发生动力学规律之前不被人类的五官功能所觉察。
根据目前经典理论,物理学存在着四种基本自然力。它们是:万有引力、电磁力、强力、弱力。这是经典物理对力的分类。多年来,科学界一直试图对这四种力有一个统一的界定。我现在以新的观点阐述力来源于运动和力的相互循环。力以场的方式存在于这个循环;运动同样也在这个循环之中。因此,所有四种基本自然力都是来源于运动。
6.1.1 万有引力来源于物质的运动
万有引力定律有一个关于苹果落地的传说故事。无论故事的真与否,用现代科学的观点都可以推论出牛顿万有引力定律核心内容的先验性。用现代科学存在观点我们认同地球表面有相对均匀的引力场。这个引力场的存在并不因为苹果的存在而存在。而是先有力场,再有力场对场内任意物质的引力。而不是因为一定有苹果或某个物质才有引力场。那么,不存在苹果时的地球力场从那里产生?这才是我们要揭示的力场来源的核心。
从过去的很多科学实验及当代的精确实验和宇宙运行的基本规律完全可以呈现出力场来源与运动源关系,这种关系就是统一场的关系。我们先把动力的一些现象和关系罗列出来。沿用牛顿发现万有引力的方式,我对宇宙物质运动的观察也以这样一种角度来发现:地球表面为何有引力场?所有运动星体为何有引力场?一个最大的一个特征是:有引力场存在的空间都存在着运动着的物体。物体产生引力,其根源在于物质的运动。而不应当仅仅就停留在物体本身引力万有这样“不明不白”的说法,从而没有对引力的来源和量化产生进一步的深究。物体引力场多寡,决定于物体整体运动(包括其粒子运动集合叠加)。所以运动才是产生引力场的根源!而且运动是指与宇宙中心的相对运动,这种运动不仅仅产生力场,并且同时产生运动场,更重要的是这个部分的力场和运动场在空间的分布是有限的、封闭的。
关于这个发现,在相关章节会给出更多的实际事例和通过统一方程组给出这种有限、封闭的边界与定量的描述。也通过这个发现,推导出黑体定律及宇宙整体的运行规律和最后形成的《宇宙中心说》。
这样力和运动的来源归于一种循环运动:力场来源于运动,运动产生力场;运动来源于力场和动能,力产生运动;力产生运动场、运动产生力场的相互转换具有同时性。这种同时性是宇宙运行的基本属性,可以用空间场及统一场论的数学函数关系的量化来描述。也是对宇宙完集
引力是力场的体现,轨道是运动场的体现。力场产生自由落体现象,运动场产生同步轨道、高低轨道现象。力场(引力)、运动场的空间范围是有限的、封闭的。可以通过统一场论方程组准确计算出来。另外,有运动动态场方向和力场的动态场方向的描述。物质本体运动产生的力场方向和运动场的方向是相互垂直的,这是宇宙运行场的另一个基本属性。
以上是对宇宙统一场论关于力场和运动场的概念性描述。这两个场是存在于空间的有规律分布,而且也是在空间的运动。这种力场和运动场空间的动态分布规律就是统一场的规律。在这里,由于空间的动态特性也被赋予了空间场的概念。通过建立统一场理论,空间的每一个点也可以用空间的集合几何来定量。由于力和运动在空间的三维特性,因此,空间的九维现象在这里有能得到很好的印证。这里的九维以“力、速、空”三元的集合客观存在于宇宙空间。而前面我们已经解释了时间是描述宇宙空间内的运动。所以,九维力速空和九维力时空可以在参照系上得到等价的变换。三个场量的关系是我们下一个小节要进一步讨论的关系。
6.1.2 三个基本场量(
统一场论的三个固有物理参量,来源和关系上面已经有所描述。三个参量可以作为场量来描述动态的宇宙,并建立统一场理论。由三个物理场量所建立的统一场理论按上文分析的发现及如下两条原则整理后定义如下:
发现:力来源于运动,力和运动可以由场来表达并相互转换。二者场的指向相互垂直并具有同时、同权的空间转换的等价关系。这是以本体为参照系的结论(以本体参照系非常重要,当然,以存在性参照是同权的另一视角)。
上面这一“发现”可以由人类许多经典和新的现实实验现象给以实证。由这些实证,我们进一步认识到,物质的形成是运动在宇宙参照系内的一个极限特殊形式(关于这个特殊形式的分析参见黑体定律及量父量子结构)。力和运动的转换通过物质的这种特殊形式运动中介而产生。归根结底宇宙是各种不同运动、力场与物质(极限特殊运动或称黑体)的各种叠加的结果。力场和运动场存在于空间之内。物质也是以量化特殊运动存在于空间之内的黑体。
原则1:宇宙所有的物理量全部都可以由3个基本参量
原则2:尽量与经典的名词、概念、物理含义一致。并考虑几百年来已经形成的习惯,仍然会引入经典的r、v、f、t、m、a、P、E等参量,所有的经典参量都是由三个基本参量的不同组合。并选择相应参照系变换进行统一归类。其结果也将使量纲的统一。
推论1:由上面第1个原则可以推论出,任何广义的物理概念都是由三个基本参量组成,反之,由3个基量的任何形式的数学组合都有其特殊的物理意义。
推论2:越多的3基量组合的物理元素,或不同参量元的叠加量越多,其物理现象、概念被人类感知觉的抽象程度越高,越难于理解。
关于这推论2在下面的分析中就能体现,以空间为合成3元为基准,时间是4元。质量是大于4元的不完备元,或称特定的引力场元。
由感知觉和抽象问题可以衍生出一篇理性客观的物理参量和感性物理参量的分类。由于这种分类的界定模糊,且占用了较大的篇幅,所以关于这一章的内容被全部删除掉。仅介绍几个概念如下。这样的删除并不影响整个理论体系的连续性和系统性。不过,我在这里对这几个概念做些简单地介绍,仅作为感兴趣的读者参考。
6.3 统一论场论3个基本场“
上面分析了力的来源,并给出了三个场的基本概念。接下来,我们开始对3个基本场参量
经典的真空、空间是无任何物质、粒子,不考虑场的存在对真空影响的界定。其量纲用米、平方米、立方米或线、面、体来描述。意义可能和经典物理涵义有意义上的不同或相同,有的是部分或全部,有的是整体或涵盖。所有原因都来自于参照系的不同。这些物理意义新的定义和内涵对于与统一场论的连接和理解是极其重要的。特别是对这样定义下的物理描述是在什么样的参照系下才有这样的视界也是相当重要的。就如牛顿、爱因斯坦各自在不同的视界有不同的描述一样。不存在对和错,只存在方便与不方便、愿意不愿意站在这样的参照系的问题。用普适定理来解释,什么样的参照系将产生什么样的匹配理论。而我们站在广宇、宇宙参照系这样的视界是为了对“统一场”理论的描述。您也可以不愿意站在这样不着边界的参照系来产生以下的结论。
用函数符号
下面按12.1节的原则1、2来叙述,并从最简单的基本“零件”n=1的组合开始列出,在作说明时,我们把这种单独或组合尽可能地与经典参照系下的物理意义对比。而有些先引用后文定义的物理涵义的名词会有提示。以下对我们如何用新的视界看待宇宙的运行规律很重要。特别是对三个基本场量的认识,属于场论的基础知识。我会用较长的篇幅进行归纳。
1)符号K或
(当符号
“质点空”除表示不存在任何物质、粒子外,也不存在任何“场”的量。把“质点空”简称为“质空”以别于经典的真空。统一场论质空、理想空间的定义为:不仅仅无任何物质及存在性事件,也不存在任何力场和运动场的空集合。在场论的参照系里,理想空间是被抽象为绝对的空、无、虚。平直、均匀、连续、有无向性是在理想空间建立了抽象的坐标系后才具有的空间描述。否则,理想空间的“空”、“无”不具有任何事件可供描述。在宇宙系统内不单独存在“质空”或理想
与牛顿经典空间相比较,理想空间类似于牛顿所形容的绝对空间。与之不同的是,牛顿没有提出清除绝对空间的力场、运动场的概念。而且认为宇宙各处有存在着形状与大小相同的绝对空间与相对空间(原理附注p4)。统一场论认为宇宙的空间是被力场、运动场充满的(后文详述)。所以宇宙空间处处不同,也即已经不属于理想空间。就是上面强调的宇宙空间不等于理想空间。其实,牛顿在他的著作里也提到过绝对空间和相对空间,只是没有给出关于场量与空间关系的清晰界定。
与爱因斯坦的时空观比较,爱因斯坦认为时空是弯曲的并提出了场的概念。他把时间和空间都作为相对的可变。但是,他所用的参照系立场界定不明确。即没有建立自己的整体参照系来建立相对论,而是借用牛顿的一些经典公式来作为推导相对论的公式。所以,在狭义相对论里,他看到的是空间的弯曲、时间的延缓与速度的关系,而不是与力或加速度的关系。这是相对论引用牛顿参照系的结果。这或许是阻碍统一场论实现的要素。也是狭义相对论仍然没有摆脱经典力的来源问题。即没有认识到力来源于运动。或力与运动存在性的等价和转换关系。
统一场论把理想空间参量单独抽象出来。以绝对的理想空间参量单独与宇宙内全体事件合成。所以,宇宙参照系内已经不单独存在这种理想的空间。它只是构成宇宙系统必需存在的一个元素。是宇宙存在的最基本的、但已全部被合成的“元件”之一。用数学语言来说,理想空间是宇宙空间存在的必要条件,而不是充分条件。或称是宇宙的“基”。由如上对理想空间的定义可以得出下面的推理:
推理1:任何物理事件与理想空间相加等于任何事件。这一点很明显,不再说明。只给出数学的空间和表达式:
推理2:理想空间是物理事件的一个悖点。即:
把物理事件定义为
以上就是统一场论对理想空间、宇宙空间(简称空间)的基本定义。对理想空间这样定义,在以后的物理分析中还能体会这种定义所带来对时空观念明晰性的方便。顺带说明,“秒”和“米”的定义是对原子、光子运动的定义,因此,“米”、“秒”是属于具体运动空间
2)在场论里,
前文已经描述了力场和运动场的相互转换关系,也从许多物理现象确定了运动场的来源和存在,其产生机理就不在这里赘述。仅根据运动场的存在特点给予如下的描述及某些现象分析。
1,运动场
2,运动场的场量描述:物质或粒子在空间运动,在运动物质所占据的空间之外、存在着与物质本体距离成反比的运动场的场量。运动场量的方向与运动物质的运动方向平行。由于运动场量的确有具体的不可见性,我只能把一个现实运动场的存在事例再次说明。上文业已提到,把地球作为物体,地球是运动的,所以,地球之外的空间有相关于该运动的运动场。实际事件是地球上方存在着同步轨道、低轨、高轨的空间。这个空间存在这些轨道是一件事实的事件。这个事实的事件是由于地球运动这个事件在空间的扩展。物质运动连带空间的运动场。而这种空间运动场的场量分布与空间距离成反比。空间距离指某一点与运动物体的动态相对距离。从这样分析可以认定地球上方空间运动场量的处处不同。也就产生高、低轨、同步轨。
那么,上方的场量如何界定?这是统一场论要解决的数学定量关系。我们在下文建立统一场的方程组将给出相关的数学公式。
与空间的模糊参照系概念不同。由于经典动力学的速度
一般地,
运动场量作为宇宙的第二元素,也不单独存在。它与运动主体及理想空间同时存在,并与理想空间相加变成宇宙的具体空间的一部分。上面谈过,理想空间与任何事件相加仍然为任何事件。所以,用这种数学相加来分析空间的事件叠加并不改变任何事件的物理关系。物理数学关系式表达运动场空间是:
下面分析另一个更明显的场,就是力场。有了运动场的概念,我们分析和理解力场似乎会容易些。但,并不如此,由于“力”的“不明不白”,连上帝也说不清
所以,下面分析和理解力场也要带有大胆创新的精神。
3)在场论里,
力场和运动场的相互转换关系不在这里重复。只根据力场的存在特点给予如下的描述及某些现象分析。
1,力场
2,力场的现象:有力场的空间会加速改变该空间中的任何物质。方向与力场有向叠加(如果空间存在多个独立力场)的方向一致。
3,力场的二种运算法则:不同物质运动产生力场的叠加按经典动力学规律相加。力场在的参照系嵌套内叠加,按力的乘法定律矢量相乘成为混合积。
4,力场的场量描述:物质或粒子在空间运动时,在运动物质所占据的空间之外、存在着与物质本体距离成反比的力场的场量。力场的场量具有方向性,其方向指向运动的物体。由于力场的量同样有具体的不可见性,仍然只把地球表面的力场作为基本事例再次说明。上文业已提到,把地球作为物体,地球是运动的,所以,地球之外的空间有相关于该运动的力场,力场的方向恒指向等效的地心。实际事件是地球上方存在着对任何物体都有拉向地心的力场空间。这个力场空间的存在是一件看不见的事实。但可以被普遍验证的事件。力场存在这个不可见的事实、事件是由于地球运动这个“已知事件”在空间的扩展现象。是与地球的运动相互联系的。而且力场这个事实的存在不因为地球之外是否有苹果其它物质的存在而存在(万有引力的基本观点)。而是地球(相对于宇宙中心)运动的存在连带着空间力场的存在。而这种空间力场的场量分布与空间距离成反比,与地球的“等效质点大小”及相对于宇宙中心的速度成正比。“空间距离”指某一点与运动物体中心的相对距离。从这样分析可以认定地球上方空间力场量的处处不同。也就产生了离地球越远,力场的场量越小。而且,这个地球运动所形成的力场也是在与地球同步运动的。
如何定量地球上方的力场量是与运动场量相关的,这也是统一场论在下文要解决的数学定量关系。
由于经典动力学的力
经典的力有四种分类。除了电磁力用场的观点外,把其他力赋在具体物质上面,如弹力、拉力、物体的万有引力、粒子结构的各种力等等。
而场论只认为力来源运动,无论何种形式的力,都是由物质本体大小运动和相对空间距离的关系。也无论何种形式的运动,将在空间产生相应的力场。力场对本体之外其它物质的作用是使其它物质产生加速度或其改变惯性系统。也使物体建立新的动态平衡。在宇宙系统内,力场与运动的转换方式尽可能使物质保持动态平衡。力场产生加速度可以视为相互抵消的动态平衡状态。
同样,
力场量作为宇宙的第三元素,也不单独存在。它也是与运动主体及理想空间同时存在。并与理想空间相加变成宇宙的具体空间的一部分。有运动场的空间一定有力场,有力场的空间一定叠加运动场,与动态同步的观测系体验不到同步运动的力场。物理数学关系式表达运动场空间是:
该式是实体宇宙的一般表达式,参照系是宇宙空间。加入参照系表达即为(6.3c)式。
由于宇宙空间的运动特性是多样的,而且运动场值将永不为零(由后文证明)。场量也满足动力学的运动和力的叠加原理。因此完整表达式如下:
为形象化和以后统一方程的书写方便,把理想空间记为K,宇宙空间记为
式(6.3d)为宇宙空间场点的一般表达式,(6.3e)为宇宙合成场的表达式。对于选取一般参照系
上式的参照系yz代表宇宙参照系。由式(6.3e)可以推论出,宇宙空间就是纯粹的场量。这就为我们统一场论提供了数学定量计算的理论基础,统一了空间场的描述。在这里,我们应用了理想空间作为数学的悖点来理解宇宙的存在方式。式(6.3f)的宇宙空间几何物理意义是:空间任意一点ci内容是运动场和力场叠加合成,至少有运动场量的存在,理想空间被运动场填满。当这个空间场不存在力场时,就是前面所谈过的运动场空间:
从上面三个宇宙场量的分析,我们知道,空间场
式(6.3f)表达了实体空间的整体动态特性。而这种整体性的表达在没有给出具体某一点的具体场量值来源时,无法决定动态空间场的相对定量值。因此,要求出这两个场值时必须选取运动物体的对象。这就是我们下一节要介绍的统一场理论的应用方程组。
6.4 统一场论的方程组
式(6.3e)是以宇宙为参照系的空间场模型。通过上面的分析,空间场的实际场值要选取具体物质运动的参照系下求出。那么,如何运用统一场的模型得出关于定量的场值是我们这一节要解决的问题。解决这个问题需要较长的推理。为了使概念与公式系统化的连续,我先把已经完成统一场论的基本方程组及统一量纲和统一数学模型、常用参照系罗列如下。详细的推理部分在下面的相关章节补充。
1)
2)
3)
4)
5)
6)
7)
8)
9)统一场论的一般圆周运动方程组组:(只取刚体表面及外部空间为参照系,
其他与直线方程有意义而且有对称关系的圆周运动方程不再一一列出。
10)运动场的乘法定律:
11)力场的乘法定律:
其中M是微观数量的集会体,T是集合体的个数。
12)统一场论的量纲:
统一场论的量纲全部采用标准的米(m)、秒(s)和
直线运动的量纲单位有:1
曲线运动单位量纲:
所有米、秒(
13)黑体(黑洞)的单位量纲和饱和能量:
上式光和黑洞的量化运动关系状态:
14)光速在空间场的普适计算式:
引力空间对光速会有影响。光速不变值为
15)统一数学模型:
广义空间的定义:由m(m=0,1,2,…
广义空间集合的几何表达示意图可以被认为是现代统一几何模型,创建如下:
图6 m元n维广义空间几何示意图
上图中的
创建m元n维广义空间的代数表达式为:
当m=0,
当m=1,
前面介绍的广宇空间是m=3,
上面给了统一方程组及一些相关的系统框架,下面对这些方程的来源、观念、方法和几个主要结论用文字简要的表达如下。以利于后面的阅读。
观念:因为我们可视的空间是动态的,这是事实。把空间视为动态的。我们处在动态空间的运动场中。因此,一切坐标系、包括其原点也是动态的。所有的空间几何、物理关系都是在这种绝对的动态下,用相对动态值为零来建立的。这种相对动态趋于零的关系被定义为静止状态。统一场论描述的是动态空间各点的物理状态量。
结论:a)空间的力场(引力)是有限、封闭的、可计算的。b)速度场(运动轨道)充满着空间,也是有限的、可定量计算的空间场分布。c)用统一场论看待,
方法:应用牛顿《原理》中的4条“哲学中的推理规则”。除此,我在这里补充第5条推理规则:参照系存在性原则。这第5条规则也是普适定理的一条广延规则,它是对牛顿《原理》中4条推理的补充。前四条规则详尽参见牛顿《原理》的译本第256页。由规则5,所有统一场理论的方程组是在相应的参照系下成立。
规则5: 任何一个狭义的方程式、观点、理论、推理、事件都必须选择或建立它的参照系。选择不同的参照系有不同的结论和不同的方程、等式。
6.4.1 常用参照系
根据规则5,我在这里建立一组物理学上常用的参照系如下:
从上面的参照系中可以找到人类在
统一场方程、统一量纲、统一维度数学模型、常用参照系就在本节先行列出,理解和应用这些方程组必须了解下文相关章节的定义、定律、定理和推导方法和一些新的观念。
下一节开始,将开始对上面方程的来源、推导和意义,在微观、宏观等方面给予较全面的分析。并在书写上、标记上给出一种统一场理论的方程格式,以免和经典的符号及方程混淆。
联想:由力场和运动场(速度场)的增量的公式
空间场增量的变化格式与封闭系统的玻尔兹曼熵公式
另外,熵增加原理也是有相对性的概念,它除了涉及到孤立系统的选择所引起的相对性外,也将在文中引入广义的熵概念。广义的熵原理从3种“动态”的自然现象重新赋予“广义熵”的外延意义。这三种动态关系是和宇宙中心模型和粒子模型的进化同步进行的,它们是牛顿经典的动力“熵”,热力学的“熵”和自组织的“熵”原理。
关于这个问题将在后文的相关章节专题论述。
6.4.2 统一场方程建立方法和推理过程
上节在没有推理过程下,集中列出了场论的一些基本方程。为了说明场方程与现实空间场的吻合,我们必须对上面每一个方程来源和与客观世界一致性作相应的推理。这种推理是建立在上面所说的5条推理法则。其中把牛顿的4条法则和外加第5条参照系存在法则的标题在下面复述:
牛顿在《原理》第2卷《哲学中的推理法则》提出的4条推理规则是:1.简单性原则。2.寻求自然界因果关系的相似、统一性原则。3.物体的普遍性原则。4.归纳论原则。在其4条推理规则的指导下,可以加上第5条规则。
推理5:参照系存在性原则。 任何一个广义的方程式、观点、理论、真理都必须选择或建立它的参照系。选择不同的参照系有不同的结论。
第5条规则是参照系存在性原则。参照系存在性原则是普适定理的核心。它指出不同参照系下有不同的结论这样一个存在的事实。
如物质的运动性,是存在性。同样,运动场与力场的同时性和依存特点,也是宇宙规律的另一个存在性原则。由于其具有不可视性,因此,作为规律的存在体现没有被人类普遍认可而已。运动场与力场同存是统一论的基本发现要点。它是在对人类科学前沿物理现象理解的基础上,运用如上5条原则归纳而进行推理的。特别指出这些公式的规律也与绝大多数经典的公式和方程有必然的联系。也即对经典的理论具有其包容性,这种包容体现在规律的一致性。而不是不同系统内等式的对等。经过参照系的变换和对公式的抽象定义仍然可以得到在一定条件下的等同。对于不能包容的理论要从参照系的不同、命题的假设、具体经验、实验的误差和极限性及抽象推理这几方面的问题来考虑。这些统一方程式除了遵循上面的原则外,还要根据自然现象和人类对科学严谨的实验结论及普遍性原则来推论,并且其结果也要和牛顿3大定律、热力学、能量守恒、麦克斯韦电磁理论、量子力学理论等经典理论在其运动规律的实质性内涵要有在地球参照系下的一致性。这种内涵的一致性并不是要求所有方程的等同,而是理解方程与统一场理论的联系相关部分。经典量纲、单位很多是人为定义的,不同系统可以作相应的定义。而同一场论根据参照系的不同给出基本量纲单位米、秒的不同组合。也即统一了基本单位量纲。下面会有较长的篇幅对统一场理论的每个方程的进行推理和推导。
1)宇宙空间的一般表达:
这个方程的基本理论推导在上面已经分析较清楚,就不再这里重复。在这里主要将对宇宙空间进行书写格式的统一。为了对场论的参数进行统一标记,把右下角的e移到左上角,以表达空间场量的一种方式。所有的空间场量,包括上一节的全部统一场方程都将进行这样的格式统一,具体到每个方程就不再注释。在本书的以下文章里,凡带左上标的参量均为空间场量。以利于和经典参量的区别。所以格式书写变换就有:
理想空间:
任意空间场:
一开始没有这样写是为了阅读的习惯。但从今往后如果没有改变这个书写方式会引起较多的阅读困难和混淆。而往后上面曾经用过的带有右下标符号的参量可以根据参照系的设定不同而代表其它相应的物理意义。那么以后式(6.3e)就被引用和书写成如下:
上式部分空间参照系ci是被宇宙参照系yz所包含,所以方程参照系可以通过参量值对等完全等价。可以参考第10节关于参照系、参量的分析。
2)物质质点统一场的理想方程式模型。
上式空间场参量的质点可以以电子、原子、光子为基本物质的可知质点,所有可知性全部质点的运动产生的运动场、力场的叠加就构成了宇宙空间场(6.3e)式。
式(6.4a)是统一场最基本的动力场方程。它的物理空间场的关系和意义是:一个最小基本粒子运动在空间所产生的力场和空间场关系按(6.4)式构成。该式说明:运动的粒子或物质产生的力场和粒子的运动场量成正比,和空间尺寸成反比。而按宇宙的大尺度参照系来观测,可以把地球、月亮、太阳、星球的所有粒子集合、叠加、等效为相应的运动大质点。这取决于参照系选取和误差精度问题。
方程(6.4a)来源于大自然的基本法则:一切物质都是运动的,运动产生力场。力场与物质运动量成正比,与运动体离力场空间点的距离成反比。在以宇宙为参照系下,认为宇宙存在着不变的2个自然法则,并以宇宙的这2个自然法则为基础来建立统一场论。自然法则是由经典、实验或自然现象的存在构成。并应用5个推理法则及本文前面的理论推理得出的结果。描述大自然关系不引入任何常数、假设、猜测、实验推测的任何主观成分,而着重以存在的事实为根据。
由于宇宙空间的有向性和动态性,用静态笛卡尔3维坐标系已经不能完整、准确地描述具体空间参数。用动态相对球坐标系也只能准确得出瞬值参量。因此,作为整体描述,不建议在在具体空间设立经典的3维参照系来分析宇宙系统或(6.4)式的关系。建议用集合几何三元九维广宇的向量坐标系来宏观、整体地分析宇宙系统。
自然法则(1):物质的运动与力场同存(没有先后之分),并成正比关系。
法则(1)可以有一套相关的实验方法和数据为依据。将在《实验说明》一书介绍。其中有二个很重要的实验是“孤立系统熵减少”的操作方法和把“自然现象”作为现实的“实验室”。
某点力场的大小与运动中心点到该点的距离成反比,方向指向运动中心点。因此,力场是与物质运动中心同步运动的向心力场。宇宙存在着的自然法则(1)满足空间场
自然法则(2):运动场、力场叠加原理按空间场动态瞬时线性叠加。
由于叠加的复杂性、运动的不确定性,空间动态的瞬时复杂性。一般选择更小的参照系作为研究对象。如地球系、太阳系等。忽略某些微小的动态,用球坐标逼近计算。而宇宙空间场的叠加公式由(6.4h)表达,由(6.4h)式表达的“宇宙空间场值”因为其“无限性”,目前,难与用数值给与准确计算和定量。
分析宇宙空间场的2个工具:数学是抽象的分析工具,最普遍、简单、直观的是几何学、积分学、场论等等。数学存在抽象过度的误差
3)空间力场分布计算方程的推导。简称“力场分布方程”。
式(19)是空间动力场方程组的空间力场分布方程。用来计算空间的力场分布。
如果在理想空间
6.4.3 统一场方程组数学表达式的推导
在没有选择参照系之前,各参量的维度、模、矢量等暂不在公式表达,也就是只给出运动规律的一般普遍表达式。在上面提到的独立系统里。设物体自旋物体与空间的边界运动速度为
图示如下:
( 物实体 或粒子
图6.4a 理想空间中单一粒子的力场、运动场的分布图
这是一个宇宙空间场的基本模型。由此将推出静态有界无边的宇宙模型。上面各点的场量值是相对于理想空间与运动实体表面的相对值。
各量值参见上图(6.4a),根据空间的连续性和场量的渐变关系可以到如下的方程组:
空间任意点的力场量:
对应推出速度场增量:
空间任意点速度场量:
空间离运动点越远的运动场增量为负增量。把(6.4)式代入(6.4c)可得到空间负增量表达由式:
则空间任意点的速度场:
而自由落体加速度(空间的固有加速度)与空间的固有速度(场的初速度)同模,上文我们已经有分析过了,且物理概念也可以满足。数学概念则由空间点表达式
同理
即:
由力等效于加速度和时间定义,及微分、积分的数学关系可以得出:
而根据自然法则2,可以导出统一场叠加的方程:
至于圆周运动场方程组可以参照统一场方程和经典的动力学方程进行一一对应,属于格式对应问题就不再这里作进一步的赘述。下面着重就运动场(速度场)和力场的乘法定律及黑体定律作提示性的推论,这些新的观念将会产生新的宇宙观,特别与万有引力的基础理论观点将会有较大的差异。
10)空间运动场(速度场)的乘法定律:
选择这样一个参照系,把太阳、地球、月亮的整体都纳入视线的内,站在银河系C6可以把这个场景纳入视线。当然,这是人类视界不能实现的。但这是可以用“科学视界”表述的天体物理现象。在这个参照系里作这三个星球的运动轨迹简图如下:
太阳 地 地球轨道 月亮封闭轨道-1 宇宙场 月亮开放轨道-2
图6.4b 太阳系部分空间场的示意图
站在C6的银河系里看到的太阳系运动轨迹示意如上图整体图的运动。而这个运动轨迹还不是宇宙系的整体运动图全局。但在这里,我们还是可以看出速度场面运动的基本特性。这个面运动是主要体现了地球自转运动场和空间运动场合成的运动场。如果站在地球C4上观测,月亮轨道只是一个如上图的“封闭轨道1”,如果站在太阳上可以看到上图月亮的“开放轨道2”。这也体现了轨道的相对性。当然,站在更高的银河系还可以看到月亮在速度体上更复杂的运动轨迹。如果只站在太阳参照系,把它们其他运动场简化掉可以认为是两个运动场的乘积
6.4.4 用统一场分析月亮、地球、太阳、银河系的相对运动速度关系
从图8中,我们先分析月球的运动状态。可以想象出月亮的线速度高于地球的线速度。
下面我们通过一组自然界数据和现象来确定月亮、地球、太阳的相对运动速度比例。
1)
2)根据月亮、地球、太阳、各自的运动周期状态可以求得月亮相对于地球、太阳、银河系中心及地球相对于太阳、银河系中心和太阳相对于银河系中心的轨道运行速度。计算过程略简,各种相对速度见下标,数值取于数量级的整数,由于用于趋势分析,故不究其数值小数误差。
定义
则:
从太阳系来观测,可以认为地球运动场是在
的限制。也就是线速再高,根据光速不变用数学来表达,宇宙运动场的嵌套运动式
我们回到银河系再看月亮的运动。月亮的运动轨迹是与它所在的整个宇宙运动场合成相关的。而不是单地球对它的向心力恰好满足圆周运动。由此推论出,宇宙运动的各绕转现象是宇宙空间运动场的特征现象,而不是力场的现象,力场具有的特质是改变运动速度的特质。只有运动场才产生天长地久的循环运动。
简言之,从银河系(C6)观察太阳、地球、月亮,用线速度的角度来比较,月球的线速大于地球,地球的线速大于太阳。用场论的角度来比较,月球表面有速度场体,地球表面是速度场面,太阳系是线速度。或者说,以参照系C6观测:太阳以线速、地球以面速、月亮以体速围绕着银河系运动。如果以C7或更远的参照系观测,太阳、地球、月亮的速度场的次数将更高,速度也更快。反过来,我们看到深空的星系的速度更快是同样相对性的道理。速度更快就是存在所谓加速度的问题。在力场的分析就有“加加速度”的问题,即参照系离观察物越远,“加加速度”越高。这是空间场速运动相乘的一种自然现象。红移现象也是这种现象之一。目前科学把速度场的n次
通过上面分析我们知道地球也以极高的速度相对于深空的“宇宙中心”运动。地球与宇宙中心这种高速的相对运动是地球产生引力场的主要原因之一。引力场是宇宙运动场与物体相对运动的结果,这就统一了宇宙一切事物联系的必然性。关于力的问题及这种统一联系的必然性我们在n次力场会有进一步的揭示。
由于这个相对速度远远高于地球自转的角速度,所以引力场受地球自转的影响并不很大。也就是说,自转产生的力场非常微小,以至以和宇宙相对运动所产生的力场可以忽略不计。用这个推论,可以知赤道和南北极的引力会有所不同,只是这个微小的差别能否被测出不得而知。这是自转与引力场的关系。而关于自转和速度场的关系上文已有所述,即地球自转产生地球上层空间速度场的问题上面已经有同步轨道和和高低轨的说明。地球自转产生的速度场远比其产生力场的影响更大。进一步有一个更简单的试验可以说明地球表面速度场的存在。
6.4.5 用统一场对地球自转速度场存在的审验证明
以地球C4为参照系,在地球的赤道上和南北极分别用一个铅球作自由落体运动。在室内或理想高空的不同高度作自由落体。由于高度不同,落到地面的时间也不同。观察落地点是否因为地球的自转使落地点不同。
1)首先做一个大家认同的小实验:
在一个巨大的稳速旋转球体上方,有一个小球落下在旋转的大球上,可以确定由于大球的自旋,每次落到大球的点上会随着小球与大球的高度不同而不同。具体落在大球的那一点与大球的转速及小球与大球的高度有关。这是一个很明显的事实。这也是由于大球自转的能量所产生的速度场不具有使小球同步的原因。最根本的原因是大球没有整体比例的黑洞量子,也就是说,大球的黑体是原子级别所分布集合的,不是黑体中心的结构。有关进一步的了解参见黑体定律的正向、反向证明。
2)用地球代替大球,铅球代替小球。铅球在不同高度作自由落体。在地球南北极的两个极点的不同高度作自由落体。根据地球自转场的特点,由于极点速度场的零点特性,落下到地球表面的点不会因为地球自转而产生变化,这可以理解。但是在赤道上,我们知道赤道的自转的线速度是458米/秒。如果铅球从高空落到地面用了一秒,根据经典动力学的关系,每次落到地面上要相距458米的距离。因为,万有引力是指向地心的,与落在地球表面任意点无关,只要指向地心就可以。类似于1)的实验模型,铅球每次落下在大球的表面点应该因为地球的自转线速度影响而不同。而且在不同的高度落下也应该有不同的地球表面点。
瞬时落下的时刻,按照牛顿定律,铅球所受到地球的引力是指向地心的,而铅球除受引力外是自由状态。地球的自转也是自由状态,就是说,地球和铅球的关系除了等效质心的直线引力关系外,没有其他任何关系。按照经典动力学原理,这条直线引力及地球的自转应该和实验1)的模型是一样的,不同高度或不同自由落体时间到地球表面点会因为地球自转产生相当大的一段距离。然而,自由落下这段时间并没有按照地球自转的角速度的表面位移而产生相应的距离!
从如上的实验结果可以由这两点来解释:a)铅球除了受直线引力外,还和铅球所在的宇宙空间的速度场有关系。这个速度场就是宇宙运动场和地球自转场的合成。宇宙速度场使铅球和地球同步围绕太阳运行。由于铅球离地面不高,地球自转场使铅球与地球的自转同步。地球在宇宙场的高速运动产生力场对铅球作引力效应。也就是说,铅球除了受到引力外,同时受到地球自转速度场的作用,使它的落点不变。当然,如果铅球在足够高的空间自由落下,落点会因为足够高的速度场与地球表面不同而产生一定的位移。b)把铅球受到的直线引力看作是与地球自转所产生的力合成,也就是地球在宇宙空间的运动产生的力场和自转所产生的力场的合成结果。所以,这条引力实际上是一条与地球同步的曲线。这是用动态的观念来看待自由落体现象。这个现象将作为黑洞定律的正向实验证明地球内部中心存在一个自转的黑体!我们称为星体黑洞或黑体。原子也是量化较小的黑洞。参见下面相关章节的量父量子结构。
不管用几种方式来说明自由落体和空间轨道,不同说明有不同的理由,不同的理由有不同的参照系来满足,这才是最重要的。也是普适相对定理当内涵。
就是牛顿的万有引力系统也是有他的参照系的,牛顿的参照系只在地球和铅球系统,然后引用万有引力的观念,而不考虑地球与宇宙同步场的相互关系。他把地球与外界空间的关系隔绝起来。并把这种与空间的集合运动关系定义成引力常数,然后采用封闭的方式来推论其全部动力学系统。外界的一切必然关系由引力常数来代替。这就是牛顿系统的精确性只局限于地球系统的主要原因之一。
从这一节里,我们就分析了统一场理论和万有引力的参照系关系。并不排斥牛顿系统,反而觉得牛顿的动力学系统对于地球内运动关系的计算和简化是一个非常细腻的物理学系统。这也说明了每一种理论的方式方法并不是完全的错误。只是在于建立某种理论的参照系所在的高度问题。爱因斯坦的相对论同样可以用这种眼光来看待,爱因斯坦的相对论归根结底也是参照系变换的问题,但他没有严格的对参照系进行系统的规范。从地心说、太阳中心说、到上几节以银河系中心看宇宙,再发展到黑洞定律、宇宙中心说将是贯穿人类科学发展的必然之路。人类科学的发展必将站立于宇宙参照系上而科学地“看”到宇宙整体的运行概况!
6.4.6 用统一场对《力(场)的乘法定律》的推导
在第13节列出统一场方程组中,力的乘法定律方程是:
由于力的概念决定物理学众多经典参量,本节将把场的参量与经典的参量进行局部的等价。如:质量、重量、密度、比重、力、粒子数目、运动特征、粒子所在的参照系都是相互关系的事件。因此,为了客观地描述力的乘法定律并深刻的揭示如上事件的依存关系,在这里我们引入“整体质量构造方程”如下:
令:
(6.4mb)就把相对质量、参照系下的质量、统一质量、重量、力、粒子数目、运动特征、粒子所在的参照系、密度等关系有机地统一起来。当(6.4ma)中的n等于1时,是一个基本粒子的理想载体。而可观察的物体一般由各种难于计数的粒子组成。这种可变组合的多种不确定性通过用质量构造系数
前面已经论述了,由于力场来源于运动,所以可以通过统一论的理想方程进行变换:
这个等式把所有粒子的集合用一个整体的质量系数
如果把粒子的集合以整体来代替,也即进行参照系的微观-宏观变换。则下式即为力的乘法定律:
上式把力引入质量的观念,并给出力场与统一质量的关系式。引入质量构造系数成为等式右边的连乘代数式。当M等于2时:
M等于2时,显然有
12)统一场论的量纲:
上文已经就统一场论的量纲全部采用标准的米(m)、秒(s)和
13)黑体(黑洞)的单位量纲和饱和能量:
13)黑体(黑洞)的单位量纲和饱和能量:
上文只给出黑体的单位量纲(6.4o)和黑体的饱和能量(6.4p)表达式,(6.4p)式需要较多的理论说明,因此下文还有更多专门对式(6.4p)的推论。
14)统一数学模型:
这个由m元组成的n维空间可以形象地称为无穷元集合复合几何空间,或m元n维空间。它与经典数学的无穷n维实变空间是有质的区别。在上文的定义也是非常清晰的,也不在这里赘述。
6.5 统一论场论3个基本场组合的物理意义分析初步
上面给出了统一场三个场量的基本关系,并由此导出统一场论一系列方程组。接下来,我们才开始对3个基本场参量
1)
2)
3)
可以作进一步的提示,通过不同参照系的变换,力场可以等效为运动场用数学表达有:
4.
5.
6.
7.
以上的七个固有组合就是我们动力学常见的7个固有量纲,尺寸、速度、力、时间、质量、动量、能量。前三个是基本参量,后四个分别是空间与速度的-1到3次幂的积。
这七个量纲在经典的物理学方面已经被充分的研究和分析,有不同的地方或矛盾都可以通过普适相对论参照系的变换给以统一,在这里不在过多的论述。
下面,我们来用这3个参量做成一个3阶行列式来分析所有这些固有参量的统一关系,并把它称为宇宙参量行列式,记为
第1列大家都明白它的物理几何意义是空间的线、面、体。第2、3列经过简单的变换,可以和经典的参数进行规律性的等效,成为如下的示意行列式:
一些符号变化的说明如下:其中V为体积符号,
用如上的变换方法,可以根据研究者的需要,列出更多的不同物理参数的示意方式。
上面列出的行列式可以认为只是对加速度
我在这些文稿里主要介绍的是研究问题新的方法,而不是使用这些方法作具体沉繁的劳动,因为揭示了所有的方法后,其他的组合工作是显而易见的。所以,现在定义更多的各种组合参量其意义并不显著。因此,我们下一节要给读者展现的是用各种数学语言来描述物理或宇宙的基本方法。