假如我们的眼睛可以感觉到手机发出的电磁波,那么我们眼中的世界是什么样呢?我们可以看到,每个人的放手机的位置——裤兜,背包都有一个会发光的电灯泡,并且是会移动的电灯泡。
同样,如果,我们的眼睛可以感觉到宇宙间万有引力的引力子,我们眼中的世界又会是什么样呢?我们可以发挥想象的翅膀,来感受这样的奇幻的世界。假如我们站在地球上,引力子像雨点一样向我们落来,和我们的身体的基本单位相作用,形成的撞击力死死地把我们压在地球上,这就是万有引力作用的过程。这里有一个问题,就是引力为什么具有方向性,也就是说,引力子为什么都指向有质量物体的重心,而不是其他。其实我们可以换个角度这样想,引力子在其他方向的撞击力都相互抵消了,我们感觉不到,我们感觉到的只有指向有质量物体重心方向的引力子的撞击。况且,引力子不具有静止质量,和光线同属一类,都具有衍射的性质,它们相互交汇不会占用空间,不会发生碰撞的作用,并且都具有光的速度,方向是任意方向,所以,在我们的眼中,就只剩下刚才我们所假设看到的景象。其实,我们在地球上感觉引力子的作用过程,就像我们在崇山峻岭中感觉方向一样。苏轼有一首诗说得好,“横看成岭侧成峰,远近高低各不同,欲求庐山真面目,只缘身在此山中”。我们只是深陷局中的迷路者,所谓“当局者迷,旁观者清”,如果我们要排除“当局者迷”的角色,成为“旁观者清”的角色,就要深思熟虑的研究万有引力的模型,以上帝的视角来设定宇宙的规律。鉴于此,我们假设了一个引力的模型。
一,宇宙是有限的,盛放宇宙的空间是无限的。
二,万有引力的传递的粒子我们称为引力子,它充满宇宙的空间,引力子不具有静止质量,以光速沿任意方向运动。引力子具有衍射的性质,相互交汇不占用空间,互不影响。
三,能引起万有引力的物质具有最小的物质单位,我们称为基元。
四,单位体积内,一个方向上引力子的数量,我们称为引力子的矢量密度。
五,单位体积内基元的数量,我们称为物质基元的密度。
有了以上五个假设,我们就可以讨论万有引力形成的原因了。
假如单独一个物体处在宇宙的空间中,根据概率来统计,其受到四面八方的引力子撞击的概率是相同的,也就是说,其受到各个方向的引力子的撞击的合力等于零。此时,物体是不会产生万有引力的的作用效果的。
假如在宇宙的空间放置两个物体,它们之间的距离为R,它们的质量分别为M1和M2。我们可以通过对两者进行受力分析来得出一个结论:除了在连线方向上,其他方向上两者受到的合力都为零。为什么在连线方向上两者受到引力子撞击的合力不为零呢?因为在连线方向上,两者内切线所包围的区域被它们自身的基元过滤掉了,这就造成内部的引力子在连线方向上的密度小于外部的密度,就是这种内外的数值差,才造成引力子对两者向内的挤压,这种挤压的趋势,就是万有引力形成的本质。
我们还沿着这个假设,来分析这个挤压的力和哪些因素有关。两者的质量越大,所含物质的基元越多,在两者连线方向上,滤掉的引力子就越多,内切线以内的引力子的矢量密度就越小,内外的差值越大,向里挤压的趋势就越大,万有引力的值就越大。所以,这个力与两者的质量成增函数的关系。我们知道,在宏观世界,我们认为是实体的物质,其实它们内部还有很大的空隙。这一点,我们可以从粒子散射的实验得到证明。物质的基元的密度越大,过滤掉的引力子的数量就越多,引力子矢量密度内外的差值就越大,万有引力的数值就越大,所以,我们也可以认为,万有引力的数值和物质基元密度成增函数关系。
我们知道,这种假设不能违背牛顿的万有引力定律,所以我们可以把万有引力表示为,
F=GM1*M2/R^2=G(ρ外-ρ内)即
ρ外-ρ内=M1*M2/R^2
由上式可知,宇宙空间任意两个物体之间的万有引力值和两者内切线所封闭的区域内两者重心连线方向的引力子矢量密度内外的差值来决定的。那么,这个差值与哪些因素有关呢?
我们假定宇宙的任意空间有一个大质量的物体O1,质量为M,半径为r,我们假定它的密度无限大,即物质的基元之间的距离为零,这样可以完全过滤掉通过其正截面的引力子。在和物体O1的距离为R的位置有一个质点O2,通过质点做物体O1的切线,相交于点E,F.如图:
我们可以对质点O2做受力分析:
在O1O2的连线方向,质点受到两个方向的引力子的撞击,即指向物体O1的F1和指向质点O2的F2。其它方向受到引力子的撞击的概率相同而互相抵消,可以忽略不计,所以质点O2与物体O1的万有引力的值可以表达为:
F=F1-F2
而F2是沿物体O1的切线射下来的撞击力在两者连线方向上的分力,即F2=F1*sinθ,θ是物体O2在质点O1的切线与两者重心连线O1O2的夹角。
因为我们已经假定宇宙空间的任意方向上的引力子的矢量密度是恒定值,假设为N.
则质点O2在距离R处的引力场强度我们可以表达为:
E=N(1-sinθ)
=N(1-r/R)
因为质点的位置是任意的,当两者的位置改变了ΔR时,则物体O1的引力场强度的改变量为:
ΔE=N[1-r/(R+ΔR)-N[1-r/R]
=N*r*ΔR/[R^2+ΔR*R]
当ΔR→0时,ΔE的变化率为:
ΔE/ΔR=Nr[ΔR/[R^2+ΔR*R]/ΔR
=N*r/R^2
其中N是宇宙中任意方向的引力子密度,我们可以用G来代替,其值为宇宙常数。r是大质量物体的半径。因为大质量物体我们假设的是密度无限大的,所以我们可以用物体的质量M来代替.
所以,上式我们可以用:
ΔE/ΔR=GM/R^2
如果,质点O2的质量是m,根据大质量物体周围的引力场强度公式:
F=E*m=GM/R^2
则两物体之间的引力的值为:
F=GMm/R^2
即两者的引力值与两者之间的距离的平方成反比,与两者的质量的乘积成正比,这与牛顿的万有引力定律是一致的。
引力子的矢量密度,随着两者的质量的变化而变化,他就像是无形的力量改变着宇宙空间的结构。爱因斯坦所说的有质量的物质可以改变其四周的时空结构,我感到应该是有质量的两个物质改变了两者之间的引力子的矢量密度,从而改变宇宙空间的时空结构。
引力子充满宇宙空间,并且以光速沿任意方向运动,这团由引力子组成的巨大能量团,如果没有边界的阻挡,是不稳定的,他会以光速向四周膨胀。这一点和宇 宙爆炸模型相一致。
但如果这团能量团以光速向四周膨胀,在各个方向上引力子的矢量密度就会减少,除非宇宙空间自动生成引力子,这一点和能量守恒定律相矛盾。引力子的矢量密度减少,万有引力的常数G就会减少,但现在没有证据证明,万有引力的常数是减少的。
如果,万有引力的常数是恒定不变的,那么引力子所组成的能量团就是封闭的。
问题就来了,是什么力量使四散的引力子封闭呢?难道是万能的上帝用无形的手使之封闭。
我们可以这样理解宇宙的初始状态,宇宙初始形成之时,宇宙的物质或能量有两种状态的形式。一种是以光速运动的状态,另一种是相对静止的状态。
其中在静止的能量团中,混进了以光速运动的能量,在这团运动着的能量团膨胀的过程中,就会被静止的能量团包围,就形成我们现在看到的封闭的宇宙。
如果,真是这样,那我们就像生活在一湾浅水中,或生活在内湖中。
在现实生活中,我们发现,当两条光线相交时,可以互不影响,互不干涉地通过。这和光的性质有关,它属于波粒二重性,具有波的衍射的性质。波可以绕过障碍物继续传播,这种现象叫做波的衍射。我们可以通过一个叫做双缝实验来观察这种性质。双缝实验,是把一支蜡烛放在一张开了一个小孔的纸前面,这样就形成了一个点光源。现在在纸后面再放一张纸,不同的是第二张纸上开了两道平行的狭缝。从小孔中射出的光穿过两道狭缝投到屏幕上,就会形成一系列明、暗交替的条纹,这就是现在众人皆知的双缝干涉条纹。
我们可以这样认为,引力子也属于光线这类粒子的范畴里面,也就有光的这个性质。当引力子作用于物质的基元时,四面八方散射的引力子本身并不会碰撞,而是互不影响,互不干涉地通过。这就产生什么效果呢?引力子作用于物质之间时,在它们的连线方向上产生万有引力,其它方向的作用力相互抵消。在我们看来,就像引力子知道方向一样,指向有质量物体的中心。如果我们用一条带箭头的射线代表引力子作用物质的效果,我们称为引力线。物质表面单位面积通过的引力线的数量,我们称为引力通量,我们用字母B表示,引力通量值越大,表示物体表面的引力场就越大。N表示引力线的数量,是恒定值。那么,我们可以表示为
B=N/S
如果我们把物体视为球体,则作用于物体表面上的引力通量为:
B=N/4πR^2
如果物质的半径减少了ΔR,则物体表面的引力通量变化量为:
ΔB=(N/4π)*[(R-ΔR)^-2-R^-2]
=N*(2R-ΔR)*ΔR/4π[(R-ΔR)*R]^2
当ΔR→0时,
则物体表面引力通量的变化率为:
ΔΒ/ΔR=N/2πR^3
通过上式我们可以知道,物体的半径越小,其表面的引力通量就以其半径改变量的3次方的当量变大,也就是说,其表面的引力场的强度以半径减少量的3次方增加。如果一个有质量的物体,其体积集中在一点,它的半径为零,那么它表面的引力场的强度无限大。我们知道,物质的最小单位我们称为基元,而基元的半径最小,所以,我们说物质的基元的表面引力场的强度最大。我们可以观察整个宇宙,大到星系,小到分子,原子,万有引力在宇观和宏观世界适用,而不能在微观世界里适用,就是因为微观世界里物质的半径太小,其表面的引力场的强度太大,就变成了另外一种力——强核力。
我们可以重新审视宇宙间的四种作用力——强相互作用力、弱相互力、电磁力、万有引力,其实都是万有引力在不同的条件下与物质相互作用的结果。
我们前面说过,物质的质量和物质基元的量等价,所以,物质的半径越小,其体积就越小,其基元的密度越大,其表面的引力场的强度就越大。
我们以宇宙中的巨大的天体——黑洞,来说明这种情况。黑洞是现代广义相对论中,宇宙间存在的一种巨大的天体。它的特点是,物质的密度超高。是由质量足够大的恒星,核聚变反应所需的燃料用完后,在万有引力的挤压下而形成的。
我们可套用上面的数据,黑洞的物质密度超高致密,也就是说物质基元的密度超大;黑洞的体积超小,也就是说,其半径无限小。我们可以这样说,黑洞因为其基元的密度无限大,其表面的引力场的强度无限大,大到光线都无法逃脱其表面的引力场的束缚。因为宇宙间任何物质的速度都不大于光速,所以任何物质只要进入其视界内就无法逃脱出来。视界并不是物质面,它表示外部观测者从物理意义上看,除了能知它(指视界)所包含的总质量、总电荷等基本参量外,其他一无所知.
我们以史瓦西球状黑洞为例,不旋转的球状黑洞的视界的半径是,
半径值r=2GM/c^2,式中G为 引力常数,M为黑洞质量,c为 光速,r为视界的径向半径。
假如,我们把地球变成史瓦西黑洞,其视界的半径为,
r=2GM地球/c^2
即
r=2*6.67*10^
-11*5.98*10^24/(3.0*10^8)^2
=8.86*10^-3米,
也就是说一公分不到。
众所周知,在宇宙间两个天体相撞会产生巨大的能量。我们以木星与梅克·利维9号彗星为例来说明这种现象。以下的记录来自搜狐网:"1994年7月17~22日,这一列由21个“碎块”组成的长达近200万千米的“彗星列车”准时到站,先后撞击在木星的预定区域。5天多130多个小时之内,苏梅克——利维9号彗星释放了总共40万亿吨TNT当量的能量,结束了它悲壮惨烈的一生。同时引发木星风暴和磁暴,抛射物以宇宙速度飞向高空,甚至形成围绕木星轨道运转的新的木星环。
这场被称为彗木大碰撞的天象奇观,在木星上还产生了巨大的震动波,波及木星近四分之一的面积。但彗星受木星浓厚大气阻挡,且木星巨大,碎片并未很深地穿透液氮层。因此“伤疤”会渐渐平复。"
这些能量来自哪里?我们发现,木星和彗星相撞的能量,没有来自它们自身,因为两者相撞前后的质量并没有减少。根据能量守恒定律,能量既不会凭空消失,也不会凭空产生,它只能从一种形式转化为另一种形式。我们可以想象,两者在没相撞前,根本看不出这些能量,当它们相撞时,就会产生巨大的能量。推动它们相撞的力是万有引力,我们前面已经说明了万有引力形成的原因,本质,所以这些能量除来自它们的动能外,另外一部分来自引力子的动能。
并不仅仅是这个能量来自万有引力,地球上的地震,火山,地热,潮汐等的能量都是来自万有引力。