暗物質和暗能量被發現,修正萬有引力和時空曲率 小宇宙科學哲學

fans news 發佈 2022-02-05T10:59:59+00:00

科學家認為暗物質是不與現觀察到、發現到的物質發生相互作用,但是卻可以觀察引力來判斷它們的存在,就是說暗物質其實與引力存在著相互的關聯。暗物質剛被提出來時僅僅是理論的產物,但是現在我們知道暗物質已經成為了宇宙的重要組成部分,暗物質主導了宇宙物質結構的形成。

科學家認為暗物質是不與現觀察到、發現到的物質發生相互作用,但是卻可以觀察引力來判斷它們的存在,就是說暗物質其實與引力存在著相互的關聯。暗物質剛被提出來時僅僅是理論的產物,但是現在我們知道暗物質已經成為了宇宙的重要組成部分,暗物質主導了宇宙物質結構的形成。而暗能量是一種不可見的、能推動宇宙運動的能量,宇宙中所有的星系團(包括恆星、行星和衛星等)的運動,皆是由暗能量推動的。之所以暗能量具有如此大的力量,是因為它在宇宙的結構中約占73%,占絕對統治地位。支持暗能量的主要證據有兩個:一是對遙遠的超新星所進行的大量觀測表明,宇宙在加速膨脹,按照愛因斯坦引力場方程,加速膨脹的現象推論出宇宙中存在著「暗能量」;另一個證據來自近些年對微波背景輻射的研究,精確地測出宇宙中物質的總密度,通過進一步測算,得出所有的普通物質與暗物質加起來大約只占其1/3左右,所以仍有約2/3的短缺。這一短缺的物質就被稱為暗能量。最近,根據WMAP提供的數據顯示,暗能量在宇宙中剛好占總物質的73%。

暗物質和暗能量為什麼很難發現?牛頓的引力定律公式為F=GMm/r²,並指出引力是萬物之間的相互作用,這種作用力隨著物質的質量的變化而變化。愛因斯坦的相對論認為,引力是時空彎曲導致的,公式是△U=-1/2kρc4(代入泊松方程△U=-4πGρ,可得k=8πG/c4)。也就是物質之間的相互作用的引力,其實是一種時空曲率,只有物質的密度ρ被當成引力場的源,並考慮一個連續分布的能量和動量,才能產生時空曲率,不存在物質之間相互拉扯的引力。如果按照牛頓力學來解釋暗物質的存在,明顯說不通,因為物質的基礎屬性就是具備質量,有質量的物質就有引力存在,有引力的存在就要相互作用,但是根據科學家的研究,暗物質不與我們觀察發現的物質發生作用,因此我們可以說,牛頓力學不能解釋暗物質的存在。那麼相對論能解釋嗎?愛因斯坦的相對論認為引力是時空彎曲造成的,時空為什麼會彎曲,因為有質量的存在,是質量造成了時空彎曲。相對論是建立在牛頓力學的基礎上,但也摒棄了牛頓力學的一些基礎。在相對論的框架里還是離不開物質的質量。不管引力是因為物質之間的相互作用,還是時空彎曲,都離不開物質的基本屬性「質量」。根據科學家的預測分析,暗物質的最大特點就是不與現有觀察到、發現到的物質產生相互作用。眾所周知,我們人類發現或者觀察到的物質都具備質量的特點,難道暗物質沒有質量嗎?沒有質量的物質就是暗物質嗎?根據愛因斯坦的質能方程,那麼暗能量又從何而來?或許我們都迷失了方向,思路出錯了。或許根本沒有暗物質和暗能量,是現在宇宙中物質和能量的計算出錯了嗎?如果計算是準確無誤的,那麼90%以上的暗物質和暗能量去哪裡了?

暗物質和暗能量是世界各國人民關心的事情,因為它能揭開自然界的很多奧秘,而且在宇宙中占絕對的統治地位。今天,這個占有90%以上統治地位的暗物質和暗能量終於被發現了。暗物質是偶極磁粒子,暗能量是磁磁驅動所產生的能量。萬有引力實質就是物體間的同向磁場吸引力,物體間的同向磁場吸引力就是萬有引力產生的根本原因;動磁能量或者說動磁作用力下的磁磁驅動造成了時空的扭曲,也就是說時空曲率是由磁磁驅動產生的。以下就從邏輯推理法、觀察分析法、比較判斷法、實驗驗證法、公式推導法和應用展望六個方面進行具體的論證。

(一)邏輯推理法

波粒二象性指的是所有粒子或量子不僅可以部分地以粒子的術語來描述,也可以部分地用波的術語來描述。波粒二象性是微觀粒子的基本屬性之一。1905年,愛因斯坦提出了光電效應的光量子解釋,人們開始意識到光波同時具有波和粒子的雙重性質。1924年,德布羅意提出「物質波」假說,認為物質和光一樣,一切物質都具有波粒二象性。他把光子的動量與波長的關係式Ρ=h/λ推廣到一切微觀粒子上,指出具有質量m和速度v的運動粒子也具有波動性,這種波的波長等於普朗克恆量h跟粒子動量mv的比,即λ=h/mv這個關係式後來就叫做德布羅意公式。三年後,通過兩個獨立的電子衍射實驗,德布羅意的方程被證實可以用來描述電子的量子行為。自從物理學者演示出光子與電子具有波動性質之後,對於中子、質子也完成了很多類似的實驗。在這些實驗裡,比較著名的是1929年奧托.施特恩團隊完成的氫、氦粒子束衍射實驗,這個實驗精彩地演示出原子和分子的波動性質。近來,關於原子、分子的類似實驗顯示出,更大尺寸、更複雜的粒子也具有波動性質。1999年,維也納大學研究團隊觀察到C60富勒烯的衍射,富勒烯是相當大型與沉重的物質,原子量為720u,德布羅意波長為2.5pm,而分子的直徑為1nm,大約400倍大。2012年,這場衍射實驗被延伸實現於菁菁分子和比它更重的衍生物,這兩種分子分別是由58和114個原子組成。在這些實驗裡,干涉圖樣的形成被實時記錄,敏感度達到單獨分子的程度。其餘的實驗不都一一列舉,這裡用實驗證實物質波的波粒二象性的物理存在意義,以便進行正確的邏輯推理。

既然一切物質都具有波粒二象性,那麼磁體作為物質也具有波粒二象性。因為任何磁體都有兩個磁極,通過分割磁體的辦法得不到磁單極體,所以磁體就存在磁粒子和磁波二象性。同名磁極相互排斥,或者說兩磁體的同極相斥,磁力線方向相反,稱為異向或反向磁場,根據磁體的波粒二象性,兩磁體的同極相斥是分布於磁力線上的暗物質——偶極磁粒子的磁極相同,從而造成兩磁體的相互排斥;異名磁極相互吸引,或者說兩磁體異極相吸,磁力線方向相同,稱為同向或一致磁場,根據磁體的波粒二象性,兩磁體的異極相吸是分布於磁力線上的暗物質——偶極磁粒子的磁極不同,從而造成兩磁體的相互吸引。

每個星球,無論是星系中心的暗巨星(也稱之為黑洞)、恆星、行星、衛星,還是星雲、星際物質和星際塵埃等,它們形成之初的各種微粒就必須在同向磁場作用力下相互吸引,按照就近原則相互結合在一起,觀察到的宇宙創生之柱就是這樣產生並形成的。所以牛頓的萬有引力產生的根本原因,實質就是兩物體(或物質甚至於星體)間的同向磁場吸引力,對於地球來說,就是地球的固有磁場引力。



(二)觀察分析法

為什麼說牛頓的萬有引力實質就是兩物體間的同向磁場吸引力?通過觀察分析法作出進一步的說明。

我們先從卡文迪許扭秤實驗談起。卡文迪許扭秤的實驗思想是利用四個球間引力,利用T形架的轉動即利用力矩增大引力的可觀察效果,並利用小平面鏡對光的反射來增大可測量的扭轉角度,要害就在於有力地證明了萬有引力的存在。平時大家都可以觀察到指南針的指向是地球的南北兩極,也就是說,地球表面的任何地方都具有同向磁場,用波粒二象性解釋就是地球表面到處都分布有暗物質偶極磁粒子,且磁極不同,但指向一致,從而使指南針指向南北兩極。那麼,卡文迪許的四個鉛球也不例外,也具有相互吸引的同向磁場,只要在四個鉛球之間放入指南針便一目了然。也可以用四個大小相同的鐵球,進行同極磁化或異極磁化,做卡文迪許扭秤拓展實驗,這將在後面的實驗驗證法里具體說明。

將牛頓的萬有引力和愛因斯坦的時空曲率用於星體間的相互作用力,通過觀察分析就更說不通了。牛頓的萬有引力定律指出引力是萬物之間的相互作用,兩物體間的萬有引力只與它們本身的質量和距離有關,而與物體所在空間的性質有關,是否受到其他外力等因素無關;通常情況下萬有引力非常小,只有在質量巨大的星體間或其附近空間才有意義。愛因斯坦的相對論認為,引力是時空彎曲導致的,也就是物質之間相互作用的引力其實是一種時空曲率,只有物質的密度ρ被當成引力場的源,並考慮一個連續分布的能量和動量,才能產生時空曲率,或者說時空曲率是由物質的能量和物質的密度共同產生的。 在1920年代,美國天文學家埃德溫.哈勃發現距離地球越遠的星系,譜線向紅端移動的程度越大,並由此提出了星系距離與紅移成正比的哈勃定律。紅移在天文學領域指天體發出的電磁輻射由於某種原因波長增加的現象,在可見光波段,表現為光譜的譜線朝紅端移動了一段距離,即波長變長,頻率降低。也正是由此,科學家才得出了宇宙正在膨脹的結論,從而也得出了暗能量存在的結論,並成為大爆炸宇宙理論的關鍵證據之一。這就與牛頓的萬有引力和愛因斯坦的時空曲率顯得格格不入。

(三)比較判斷法

通過比較地球上的萬有引力與星體間的萬有引力著手:就拿蘋果落地來說,蘋果是受到了地球同向磁場的引力和地球自轉所產生的向心力,蘋果掛在樹上之時,具有地球同向磁場的引力勢能和地球自轉的向心力勢能,所以當蘋果脫蒂時,就會產生自由落體運動,直接落向地面;而星體間的萬有引力,就如太陽對地球的引力,是因為太陽的自轉而引起了地球的自轉和公轉,太陽形成之初具有固定的同向磁場,通過太陽黑子的移動變化可知太陽同時具有變化的磁場,也就是說是太陽變化的磁場而引起了地球的自轉和公轉。通過比較發現,蘋果與地球的運動狀態完全不一致,怎麼可能是同一種力量呢?然後作出判斷,地球上的萬有引力和星體間的萬有引力不是同一種力。

再通過比較磁場力、電場力、弱力和強力這四種力。為什麼要將電磁力分為磁場力和電場力呢?因為磁體會產生磁場力,而磁體不是電磁體,磁星就是磁星,不可能稱為電磁星,地球擁有固有磁場,不可能稱地球的磁場為電磁場,所以有必要將磁場力和電場力區分開。而且通過實驗比較發現,只有磁場力具有超距作用,電場力、弱力和強力都不具有超距作用。然後作出判斷,地球的自轉和公轉,一定與地球固有磁場和太陽的固有磁場或變化磁場有關。



(四)實驗驗證法

實驗1動磁體驅動實驗

  1. 測定人:盧山
  2. 物理意義:通過改變磁珠的磁場使磁珠彼此之間產生力的作用。
  3. 測定現象:發現磁珠在轉動時要麼排斥開來,要麼相互遠離;要麼相互吸引,粘合一起。
  4. 實驗器材(如圖1) 用3顆或4顆大小相同的磁珠在光滑的桌面轉動,每顆磁珠的質量是36.5克。


5.實驗思想:將主要思想放大。揭示磁珠吸引和排斥存在的暗物質和暗能量,以此驗證星系紅移和藍移的真實原因。

實驗2卡文迪許扭秤實驗拓展

  1. 實驗人:盧山
  2. 目的:不是為了驗證卡文迪許扭秤實驗所得常數的精確值,而是為了驗證萬有引力產生的真實原因:地球同向磁場的吸引力。
  3. 器材:白棉線、平面鏡、光源、刻度尺、倒立T形架、每個質量為224克的四個鐵球。
  4. 操作:(1)按圖安裝、懸掛、擺放實驗器材(如圖2);



(2)用指南針測量鐵球之間的初始磁場;

(3)利用小平面鏡對光的反射測量扭轉角度,並進行標註;

(4)將四個鐵球同極磁化,用指南針測量鐵球之間的磁場;

(5)利用小平面鏡對光的反射測量扭轉角度,並進行標註;

(6)將四個鐵球高溫消磁,消磁之後用指南針測量每個鐵球的磁場,以便消磁得以確認;

(7)四個鐵球消磁之後,進行異極磁化,用指南針測量鐵球之間的磁場;

(8)利用小平面鏡對光的反射測量扭轉角度,並進行標註。

5.現象:用指南針測量鐵球之間的初始磁場時,指針的指向是一直不變的,利用小平面鏡對光的反射測量扭轉角度偏向於小球之間的吸引方向;用指南針測量鐵球之間的同極磁化磁場時,指針是偏轉而且不穩定的,利用小平面鏡對光的反射測量扭轉角度微弱偏向於小球之間的排斥方向;用指南針測量鐵球之間的異極磁化磁場時,指針是偏轉而且也不穩定,利用小平面鏡對光的反射測量扭轉角度與初始磁場扭轉角度一致,但稍微偏大。

6.結論:磁化前鐵球、同極磁化和異極磁化後的鐵球前後三次四個鐵球的質量都不變,但是利用小平面鏡對光的反射測量的扭轉角度卻有所不同,這就充分說明不是因為鐵球的質量而產生了萬有引力,而是鐵球周圍的磁場使鐵球產生了相互吸引的引力,而鐵球之間的初始磁場正是地球的同向磁場。




實驗3電磁驅動實驗拓展

1.實驗人:盧山

2.目的:觀察電磁驅動和磁磁驅動。

3.器材:閉合鋁框一個、蹄形磁鐵一個、支架一個、指南針一個、質量為13.5克的圓磁珠一個、軌道線兩根等。

4.操作:(1)按圖安裝,擺放實驗器材。(如圖3)



(2)轉動磁鐵,觀察鋁框和圓磁珠的運動狀態。

5.現象:(1)鋁框隨磁鐵同向轉動,但轉速小於磁鐵轉速;(如圖4)


(2)圓磁珠隨磁鐵的轉動而轉動,並緩慢圍繞磁鐵作不規則的圓周運動,方向與轉動的磁鐵同向。當停止轉動磁鐵以後,圓磁珠隨磁鐵的靜止而靜止。

6.結論:電磁驅動的核心思想是:閉合迴路與磁場間發生相對運動時,迴路中產生感應電流,感應電流受到的安培力總是阻礙相對運動,這就為星球內部發電機提供了有力的條件。磁磁驅動的核心思想是:運動變化的強磁感應磁體形成的變化渦旋磁場可以激發固有磁場的受力磁體的自轉和公轉,這就表現為磁體與磁體間的作用力做功,包括自轉力和公轉力。具有強磁感應變化運動的磁體與具有固有磁場的磁體發生相對運動,自轉和公轉的方向與轉動磁鐵的方向一致。在天體運行中,太陽圍繞銀河系中心黑洞自轉和公轉,行星圍繞太陽自轉和公轉,就是磁體與磁體間的相互作用力產生的,或者說是磁場做功產生的。當轉動磁鐵的磁力線與圓磁珠的磁力線相交疊合時,方向同向就相吸,方向相反就相斥。



(五)公式推導法

萬有引力F=GMm/r²與磁荷的庫侖定律公式F=Kqm1qm2/r²具有兩個方面的等效意義:一個方面是磁荷qm1qm2的乘積等效於帶有磁荷的物體的質量Mm的乘積,另一個方面是利用物體的運動來表示受力與施力的等效。所以萬有引力公式一直用於航空航天等宇宙航行方面,不僅便於計算,而且相當準確。需要說明的是卡文迪許扭秤測定的引力常數是地球固有的同向引力常數,用於其它行星就不合適了。磁荷的庫侖定律是矢量式,因為異極磁荷相互吸引,同極磁荷相互排斥,所以星系的紅移和藍移必須用磁荷的庫侖定律公式。星系紅移就說明星系中心體所覆蓋的動磁場與之遠離星系中心體所覆蓋的動磁場相互排斥,星系藍移就說明星系中心體所覆蓋的動磁場與之靠近星系中心體所覆蓋的動磁場相互吸引,科學家把星系與星系之間的紅移推測為暗能量,那麼這一暗能量就是磁磁驅動力,而暗物質就是分布在星系所覆蓋的動磁場裡的偶極磁粒子。

在電磁驅動實驗拓展中電磁驅動與磁磁驅動都與蹄形磁鐵轉動的速度有關,所以磁珠的自轉和公轉都具有瞬時能量E=FV=GMmV/r²或E=FV=Kqm1qm2V/r²,這是通過實驗對萬有引力在星際空間的修正。



(六)應用展望

磁懸浮列車的原理:磁鐵之間會彼此作用,同極相斥,異極相吸,利用這個原理,讓列車通過電磁力實現與軌道之間的無接觸的懸浮,再利用直線電機產生的電磁力牽引列車運行。動生電動勢的實質是導體內的自由電荷在磁場中隨導體做切割磁感線運動而運動時,磁場對自由電荷的洛倫茲力使其沿導體運動的結果。所以磁體的運動與導體的運動是等效的,所以動磁體也可以產生電。



動磁能量的研究和應用方興未艾,磁磁驅動將是開啟磁場與磁場間作用力的鑰匙,也是開啟新天體力學之鑰匙。可以倒推得知恆星、中子星、磁星、星雲、星系、超大星系、黑洞、超大黑洞等自轉和公轉的方向及能量或力之來源,也可以順推行星原有衛星的自轉和公轉方向及能量或力之來源,甚至可以推理分子的運動結構和結合原理。可推出宇宙星球形成初期的第一作用力就是所在星系的同向磁場吸引力。由於暗能量是一種不可見的、能推動宇宙運動的能量,所以磁場與磁場間的相互作用力就是巨大的暗能量。宇宙之中所有星球都在自轉和公轉著,揭開了星球自轉和公轉的奧秘,也就揭開了宇宙中最普遍的自然現象,無數的世界之謎和宇宙之謎也將慢慢被揭開。新的天體力學將會在星際通訊、星際開發、星際運輸、星際移民、星際旅遊等方面發揮不可估量的作用,並得到更為廣泛的應用。



在此,我也作出幾個方面的猜想:第一,宇宙既然存在暗物質、暗能量和暗巨星(星系體中心黑洞),就一定存在暗宇宙,就是與我們所在的看得見的宇宙沒有同向磁場的宇宙,也是完全發現不了的宇宙;第二,一定存在星系之中恆星、行星和原有衛星三體的轉換,星球不是短時間就能形成,也不是短時間就能消亡的,恆星有可能轉變為行星,行星也可能轉變為恆星,原始衛星也可能轉變為行星,但是三體不能越級轉換,也就是恆星不可能轉換為衛星,衛星不可能轉換為恆星,對於太陽系來說木星就會隨著太陽熱核能量的消退而取代太陽恆星的位置,因為按照愛因斯坦質能轉換公式E=mc²,太陽能量的消失就預示著太陽質量的減少,而木星是一顆以氫為主要成分的天體,與太陽相似,而且在太陽系中除了木星以外的8顆行星都加在一起,質量總和也只是木星的40%,木星的質量不但不會減少,還有可能會增加,太陽系的氣態星雲會在同向磁場的作用力下被木星吸引;第三,任何星球的第一作用力也就是初始力便是同向磁場作用力,這是星球產生和存在的必備條件,物質分子的結合力也是同向磁場力;第四,不存在大爆炸宇宙和膨脹宇宙,只存在動磁(或磁磁驅動)宇宙,過去是這樣,現在是這樣,將來還會是這樣。

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