摘要:辩证理解牛顿第一定律,并采用牛顿综合万有引力的科学方法,由行星长期运动公共特征,综合运动物体的“磁场”。
Abstract: This paper dialectically understands the Newton"s First Law , uses the scientific method of comprehensive Newton"s Gravity, integrates "magnetic field" of moving objects by the long-term movement characteristics of public planet.
关键词:惯性定律;牛顿的科学方法;行星运动;运动物体“磁场”
Key words: inertia law;Newton’s method;planet motion;moving object"s "Magnetic Field"
中图分类号:P1 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)22-0102-02
1辩证理解牛顿第一定律
哥白尼采用理性观察方法[1]提出日心说。伽利略在1632年出版的《关于两大世界体系的对话》通过“斜面的理想实验”,“乘船的理想实验”[2]支持日心说,成为“惯性定律”的重要实验依据,又称伽利略坐标变换。
牛顿在前人的基础上,建立运动学的三个基本定律。牛顿在《原理》中写到“我的这部著作论述哲学的数学原理,因为哲学的全部困难在于:由运动现象去研究自然力,再由这些力去推演其他现象。”[3]
行星绕太阳作公转运动,除了遵守万有引力定律外,还具有同向性,轨道共面性,公转周期都大于太阳的自转周期。牛顿对此无法解释,最后归结为上帝的安排[3]。利用该模型的其它的演化说,归为不能验证的、无法重复的初始条件或偶然事件[4]。
从逻辑推理上看,牛顿的惯性定律更是一个公共假设!
“一个物体,如果不受力的话,它将保持原来静止或匀速运动的状态;”(惯性定律)
一杯热水,如果不散热的话,它将保持原来的温度状态;(与热力学熵增原理相矛盾)
一个带电体,如果匀速运动与静止一样的话,电流将不产生磁场;(实际观察相矛盾)……
上面语句的逻辑推理是一样的,牛顿的话就是“第一定律”,别的话大多是与客观事实相反的假设。这显然是不公平的。
2惯性定律实验观察的片面性
牛顿在《原理》中,并没有给出惯性定律的实验证明,仅解释“抛射体如果没有空气的阻力或重力向下牵引,将维持射出时的运动。伽利略的实验通过“小球在斜面上滚落到水平板上,(如果不考虑阻力或者没有阻力)小球在水平板上将永远运动下去”。另一个实验乘船实验:“船在静止不动时,我们看到这些有翅膀的小昆虫如何以同样的速度飞向房间各处;看到鱼如何毫无差别的向各个方向游动;又看到滴水如何全部落到下面所放的瓶子中,而当你把什么东西扔向你的朋友时,只要你和你的朋友距离保持一定,你向某个方向扔时,…[2].”
伽利略早已发现观察中的悖论:一方面应当相信观察,因为正是应当由观察来证实或反驳理论原理;另一方面,观察又往往欺骗我们。站在地球上,看见太阳绕地球运动是错误的,我们观察到运动的假象;雷同道理:凭什么保证伽利略乘船观察一定合理?
3由行星/卫星长期运动特征,综合运动物体的“磁场”
3.1 行星/卫星长期运动公共特征从太阳系主要特征中,寻找与速度有关的场(称为U-场)长期作用的特征。太阳系主要特征:同向性:九大行星公转运动的方向都与太阳的自转方向相同;共面性:九大行星公转运动的轨道面几乎都在一个平面上(该平面与太阳自转的赤道面夹角很小);九大行星的公转周期都大于太阳的自转周期;太阳的自转运动:赤道处最快,自转周期:25天,两极慢,自转周期约35天(太阳系主要特征详见表一)。
牛顿把太阳系主要特征归结为上帝的安排,其他人归结为不能重复的初始条件或偶然事故。相对论也没有给出更合理的解释。我们认为它是与运动有关的U-场,长期作用于行星运动的结果,该场自始至终在起作用,只是很弱,对天体的运动轨道的改变,只有长期效果。所作的多项推理与天文现象吻合。
3.2 综合运动物体的“磁场”相对静止的定义:具有相同速度和加速度的多个物体,互为相对静止;以相同角速度和角加速度,绕共同轴转动的多个物体,互为转动相对静止.:地面上许多物体以相同自转速度和公转速度随地球一起自转、绕太阳公转运动,处于与地球相对静止的状态;月球总是一面朝着地球,绕地球做公转运动,站在月球上看地球,地球的位置没有变化,这种静止称为转动相对静止。天文观测结果:几乎所有自然卫星总是一面朝着其行星,做公转运动,都处于转动相对静止状态。
相对静止的定律:物体的自然状态是相对静止,处在自然状态的要保持,未处在自然状态的要恢复之。即:如果物体未在相对静止状态,不论与周围物体是否接触,都要受其阻碍作用,损失动能,趋向于相对静止状态,又称为万有阻力定理[5]。
运动物体“磁场”的定义:运动物体产生与速度有关,恢复相对静止,符合洛伦兹变换的场,称为U—场。
运动物体产生与速度成正比的U—场:“场强与运动物体动量成正比,与距离的平方成反比,U—场作用力的方向与场源的运动方向相同”。U—场作用力:运动物体通过U—场对周围物体施加作用力。该力的大小与U—场强成正比,与受力物体的质量成正比。球形物体自转产生的U—场:U=K(J/R2)COSα,(式中J—球形物体自转的角动量)每点U场的方向与自转方向相同,并且是赤道面上最强,两极方向减小到零。天体通过U-场与周围物体作用,体现与周围环境保持和恢复相对静止的属性。
3.3 太阳系主要特征的演化解释
3.3.1 行星绕太阳运动的同向性,共面性太阳自转产生的U—场:U=K(J/R2)COSα,(式中J—太阳自转的角动量)每点U场的方向与太阳自转方向相同,并且是赤道面上最强,两极方向减小到零。九大行星在太阳自转产生的U—场中运动,受到与太阳自转同方向上的U场力作用,所以行星在绕太阳公转运动中,必然表现为同向性。又因为太阳自转产生的U—场赤道面上最强,两极方向减小到零,所以九大行星在绕太阳公转运动中,九大行星的轨道面必然向场强的平面移动,经过几十亿年的长期作用,使九大行星的轨道面几乎演化到太阳赤道面,表现为共面性。这一点在木星,土星,天王星,海王星的卫星轨道上表现的更突出。
3.3.2 行星公转周期大于太阳自转周期太阳系质量主要集中在太阳自身,它占太阳系总质量的99.865%。如果行星在绕太阳的公转周期大于太阳自转周期,太阳自转产生的U—场对行星施加一个与太阳自转同方向上的力,克服行星公转与周围天体相互作用的间接阻力。如果行星在绕太阳的公转周期小于太阳自转周期,即行星公转比太阳的自转快,行星公转运动产生的U—场主要对太阳施加作用力,使太阳自转加快,行星损失动能,所以公转周期小于太阳自转周期的行星不会长期存在。
行星绕太阳做公转运动,太阳有自转运动。如果行星相对静止在太阳系中,则其受到太阳自转产生的U-场力为零。但实际情况:太阳自转周期:25天/周,而水星公转周期:88天/周,如果水星的公转周期也是25天,成为太阳的同步行星。这时候,站在太阳上看,水星静止在空中不动,处于相对与太阳的转动静止状态。因此,受到太阳U-场力为零。所有行星的公转周期都大于太阳的自转周期。轨道半径小于同步卫星的天体,其公转周期小于其主行星的自转周期,也就是公转角速度大于行星的自转角速度,得不到中心行星的U-场作用,必然向下落!逆向卫星也得不到中心天体的能量资助,长期演化的总趋势:必然向下落。只有轨道半径大于同步卫星的卫星才能长期存在。
九大行星自转产生U场力,是卫星长期存在的先决条件。我们不难发现,质量相近的行星,U-场力大的拥有卫星多,反之卫星少甚至没有卫星。木星U-场力最大,拥有九大行星中最多卫星;土星U-场力排第二,卫星数也排第二;金星虽然比火星大,由于自旋力不及火星的百分之一,所以不仅无天然卫星,且获得人造卫星也比火星更难。
3.4 行星自转速度的演化
3.4.1 行星自转速度的现状①地球自转长期减慢成因,目前的理论认为是潮汐作用。但是潮汐理论又很难解释:在类地行星中,地球自转又是最快的。②内六大行星的自转速度(行星日长),六大行星(水星,金星,地球,火星,木星和土星)自转现状看,自转速度与轨道半径没什么关系。由于它们的密度不一样,自转速度没有比较的标准。将行星的密度转换成统一值,计算行星的自转速度及行星日长(详见表3)。
从表3得六大行星的日长在考虑密度因素后有:离太阳近的行星,行星的日长就长,相对自转速度就慢;离太阳远的行星,相对自转速度就快。
3.4.2 行星自转速度的演化①地球自转也要受万有阻力作用,损耗能量,表现其自转速度长期减慢。考古观测事实:考古学家发现,地球自转在地质时期内,自转速度长期减慢证据。六亿年前,地球自转每年420天,现在仅有每年365天。
②内六大行星的相对自转速度的演化
行星自转运动产生的U—场:U=K(J/R2)COSα,(式中J—行星自转的角动量)对周围物体施加作用力。又因为太阳系质量主要集中在太阳自身,它占太阳系总质量的99.865%,行星自转运动产生的U—场力,主要是对太阳施加作用力,同时受到的反作用力也主要来自太阳。太阳受到行星自转U—场的作用力:
F=UM=KM(J/r2)COSα
太阳受到行星自转U—场的作用力距:
F×R=KM(J/r)COSα
式中:R——行星到太阳的距离;J—行星自转角动量;M—太阳质量;α—行星的轨道面与赤道面的夹角。
太阳受到行星自转U—场的作用力距后,对U场源产生反作用,使行星损失自转角动量。由动量守恒可知:太阳受到行星自转U—场的作用力距等于行星损失自转角动量随时间的变化率,则有:
Idω/dt=-FR=-KM(J/r)COSα
dω/dt+KM(J/r)COSα=0
解得:ω=ω0e-(k/r)tcosα 或 T=T0e(k/r)tcosα
以太阳系形成时,行星的日长的平均值定式中的常数:K=0.085
上式得:T=T0e(0.085/r)tcosα
用上式进行模拟计算,计算结果见表4。
由表4行星日长,t=46亿年前,内六大行星自转周期在相同的数量级。推测,目前的内六大行星自转状况是长期受太阳的作用演化形成的。外三大行星(天王星,海王星,冥王星)的自转运动受卫星的影响很大,受太阳的作用已很弱。
3.5 卫星公转运动的长期变化
①大部分(约占总数的80%)卫星的公转运动特征:与其行星自转同方向,轨道面在其行星自转赤道面,绕行星的公转角速度小于行星的自转角速度。它们公转运动的演化解释类似规则行星,这里不在赘述。
②公转角速度大于或等于其绕转行星自转角速度的卫星,如火卫一,木卫十六,木卫十五,天卫六到天卫十四,海卫三至海卫七,它们受万有阻力作用,损耗能量,轨道半径减小,公转周期缩短。
③逆向卫星:如木卫十二,木卫十一,木卫八,木卫九,土卫九,海卫一,它们受万有阻力作用,损耗能量,轨道半径减小,公转周期缩短;我们估算:海卫一公转周期每周毫秒量级的缩短。
4结束语
实验证明详见参考资料[10],球形物体沿自转轴转动,产生自转运动产生的U—场:U=K(J/R2)COSα,在U-场的小球要受到U-场力的作用:F=UM=KM(J/r2)COSα;该力方向沿自转球体与小球距离为半径的切线方向。
参考文献:
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[5]陈寿元,万有阻力定律的几点天文观测验证,山东师范大学,2000,(4).
[6]陈寿元.太阳系主要特征演化成因[J].山东工业大学,1997:87-90.
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[8]胡中为等.行星科学导论[M].南京:南京大学出版社,1992:99.
[9]Yaoquan Chu and Jingyao Hu .Quasars Around the Seyferthe Seyfert Galaxy NGC3516, The Astrophysical Journal , 1998,500:596—598.
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