物理科学探疑--网友天空--系统观点--杨新铁—空气动力学方法对发展相对论的贡献

空气动力学方法对发展相对论的贡献

简介:

这篇文章,主要从连续介质和相对论物理的相似性入手,推导了气动方程组和电动力学方程组的相似关系,从而对电动力学方程组的完备性和相对论时空的本质提出了疑问,于是就提出了罗伦兹时空中的Maxwell方程,和迦里洛时空中的连续介质方程只不过是数学表象不同的观点,在这种情况下,就自然提出了基于粘性介质为基础的比基本粒子更低一层的介质背景的假设,然后按照可压缩性的假设,在新的理论框架下给出了亚光速情况下和相对论一样的质能关系表达式,并对在这种理论体系中,可以容纳的跨光速和超光速现象甚至超光速加速器的设计原则进行了探讨.

令人感到欣慰的是,由于前述的和相对论相同的能量质量关系可以用到引力作用上,所以他不仅可以满足狭义相对论的试验验证,而且可以满足至今为止的广义相对论的一切试验验证结果,更进一步,这种这种更低层粒子组成的介质背景的假设,给波粒两相性的统一,量子力学中的测不准原理都可以给出更直观更合理的解释.

关键词: NS方程,相对论,超光速,质能关系,量子力学,波粒两相,测不准原理.

Due to the mass-energy relation can be used to gravity, so the theory will satisfy all the experiment till now have made to validate relativity theory.

简介:...................................................................................................... 1

一。问题的提出................................................................................. 2

二.两个物理现象之间的惊人相似................................................. 3

三, 麦克斯韦尔方程和连续介质力学方程相似性的讨论..........4

三,电动力学基本方程组和连续介质方程组................................ 5

之间相似性的分析。........................................................................   5

四. 山穷水尽疑无路_____无法找出方程3的对应方程............ 7

五.柳暗花明又一村 .......................................... .................................7

六.麦克斯韦尔方程组和介质力学方程组的对比.........................9

1. 首先 我们看到实际上我们推出来的新方程组,刚好就是引力场论的方程.......................10

2.看到这种关系，首先人们联想起的就是电磁场的介质背景 ..................................................10

3对于介质背景问题可能有人会提出以下疑问和责难：............................................................10

4.对介质背景问题疑难的回答如下:.................................................................................................11

a. 麦克尔荪的相干光学实验没有能否定带有如同"粘性附面层效应"的连续介质背景........11

b从电动力学方程组的发展来看。它的b协变不变性也只是对这种一阶方程组理论的一种数学包装......11

c.将洛伦兹变换的效应扣除,连续介质力学方程组还多出的项就要考虑买氏方程是否应当补上. .............12

d. 流体所冉政博士的工作从规范场论出发给出了低层粒子量级上的说明.......................................................12

结论： ...........................................................................12

七, 新的质能关系式..................................................................13

八, 粒子性和波动性的统一............................................................................................................................................13

1波粒两相性的解释.........................................................................................................................................................14

2.测不准原理的解释........................................................................................................................................................14

九.亚光速下的质能关系...................................................................................................................................................14

十,超光速情况下质能关系可能形式...............................................................................................................................16

十一,在光速时可能的质能关系是什么样子?...............................................................................................................17

十二__拉瓦尔管和反向思维............................................................................................................................................18

十三__要鞍点不要奇点....................................................................................................................................................19

一。问题的提出

最近媒体不断传出发现超光速的消息,有的说,美国的华裔科学家在实验室里发现了超过光速几百倍的速度存在,理论界一片哗然,不管这些消息真伪与否,都引起人们对相对论的坚实程度再次提出疑问,实际上多年来对相对论的讨论和探索,科学界一直就没有间断过,最近美国NASA和欧洲航天还都发射了卫星来专门进行相对论的验证.而在理论上这种试图修正相对论的工作早就暗暗进行着讨论.这些问题主要包括以下方面:

1、爱因斯坦在为统一论苦苦求索后半生并且寂寞多年以后,在晚年说过的一句话:不是空间存放物质,而是物质组成了空间.说这句话是需要要很大的勇气的,这句话说明了物质背景在晚年爱因斯坦心中的地位,也说明了他不断认识的深化.时间和空间到底有没有介质背景呢?这个本底背景是否属于比粒子更微观的另一个层次?

2、如果也能够在在麦克斯韦尔方程里面加上类似的强的非线性项的话,那么方程从精度上变化不大,但是甩开了协变不变性,发展成一种更广义的不变性,从而为超光速留下了补充的余地.那么相对论是否要发展一步呢?虽然以前Proca曾经提出过重电磁理论,也对麦克斯韦尔方程作过添加光子质量项的修改,它的假设被实验所否定,但是它的理论是在假设劳伦兹变化成立情况下展开的,能否进一步纠正proca的方程呢?

     3、和上面的问题一样,相对论的基石麦克斯韦尔方程只不过和不可压缩的介质方程相近,那么是否
     可以利用可压缩的介质方程来修改麦氏方程,建立可压缩介质一类的相对论呢?

     4.引入了低一个层次的介质背景,是否能够用它来统一波粒两相性?

     5.可否利用可压缩介质的特性,把不可压介质方程中速度和波速相同时的奇点变成鞍点,讨论超光速
     现象,并用来指导超光速加速器的设计?

二.两个物理现象之间的惊人相似

首先让我们来注意一下连续介质流动和电磁物理之间许多惊人的相似特点, 电动力学研究的物理现象和连续介质力学研究的物理现象有许多相似之处。这一点我们可以在在自然界看到许多例子，比如静电场和不可压流体场的相似，有这个相似性，人们才可以把不同性质的实验用来相互类比，比如长江的流动如果用无粘流来近似估算它的流线的话，就可以用静电场的测量来代替水力学实验，为什么呢？这是因为它们都满足拉普拉斯方程, 然而这些都是静态的定常方程,对于动态的情况,我们可以从另一个角度来观察电磁场的有关物理现象和连续介质场变化的相似性，如电场对时间的变化产生了磁场的旋度（磁场的涡），而磁场对时间的变化产生电场的旋度（电场的涡）这些现象，在连续介质力学中，正好有类似的例子。连续介质力学中力（也就是加速度）对时间的变化是能够产生涡的旋度的，比方我们在游船上把船桨在水里一划，于是在我们加力的桨叶周围，就生成了一个涡环，涡环的所在平面法向和作用力方向一致，也就是说力产生了涡的旋度，然而我们也熟悉霍姆赫兹定律，涡强的随体导数的变化将产生力的环量，力产生涡的旋度，涡的变化也产生加速度的旋度. 看起来，这和电磁场里面的电生磁，磁生电，很相似。

看起来上面的方程组是截然不同的，可压缩流体的方程的系数没有所谓优美的协变不变性。而且在可压缩的流动里面，空间是迦理洛时空，人们观察到的物象是原来座标大小。然而让我们换一个角度看问题，给他做一个洛伦兹反变换，从而把它变成不可压流动，当然这种仿射变换和我们工程上常用的把可压流变到不可压流的经典的空气动力学变换是截然不同的，他是包括时间轴在内的一种非定场的仿射变换，但是数学上很简单，他确实可以变成为一种懖豢裳沽鞫瘧，从而把的信号传播速度变成了不可超越（无穷大的），而且在这个变换后形成的数学描述中，把真实的流场，硬是加上了了尺缩和时间延长的效应，实际上并不存在。只是一种数学描述的角度不同.这就让人产生一个联想,如果一个守着音速不变性(音速无穷大)的空气动力学家,硬要从不可压的角度来理解我们的可压流场的话，也可以引入洛伦兹变换,把好端端的一个可压缩流场,变换到这个莫名其妙的不可压流动空间来考虑问题。幸亏空气动力学界不愿意这样干，他们找到了另外一些仿射到不可压流动的变换，以便使用起来方便一些,否则我们的飞机设计师就要和理论物理学家一样面对尺缩和时间延缓的变换公式来计算他们的非定常流动了,这是个’万幸’.

总而言之,通过不难的演算,人们就可以发现,从两个不同时空的波动方程来看,本质上是一个。所谓那些和实际感觉相差很远的效应，只不过是看的角度不同而已。

三, 麦克斯韦尔方程和连续介质力学方程相似性的讨论

既然波动方程只不过是看的角度不同所至,人们不禁要问，电动力学的麦克斯韦尔方程组和连续介质力学的运动方程，两组方程之间是不是也会发生这些现象呢,他们之间有没有什么相同的规律呢？下面让我们进行麦克斯韦尔方程和连续介质力学方程相似性的讨论

在探讨这个问题之前让我们首先来看一下麦克斯韦尔在着手建立它的方程组时所遇到的历史条件,那时法拉第已经完成了它的电磁感应理论,由于实验室是在很简陋的情况下做出的,法拉第把它用力线和环量来表达,是麦克斯韦尔发现了电磁场和流场的流线环量的相似,把他表示成了电动力学的表达形式.所以值得提一下的是,首先注意到并讨论过电磁场和流场相似规律的人是麦克斯韦尔本人，尽管那时连续介质力学还没有得到充分的发展。这在早期亥维赛的文章里谈到过，《*1》他指出麦氏方程中可写出类似的场方程，从而引出磁场类似的第二种场。亥维赛的看法没有得到人们重视，后来布里吉《*2》在逝世前的著作里把电动力学和经典力学作了对比，他又提出一个疑问，能否对惯性质量系找出与电磁场相似的方程？尽管布里吉的谨慎是众所周知的，但是他还是敢于提出上述假设。直到1969年卡司徒《3》提出了引力假设，他考虑电磁学的E和引力场的F的方程惊人的类似，所以就引入称之为引力漩涡(的第二引力场，类比电磁场的ε和? ，对引力场他又引入了两个引力常数ε_g和μ_g:

ε_g = - 1/G

μ_g= - G/C^2 其中G是万有引力常数。

这样他就对引力场写出了与麦克斯韦尔方程组相同的方程组，为了用ASKII代码书写方便起见, 后面文章中让我们把偏微分的符号用 dif 表示,同时把ASKII码以外的拉丁字母用它们的发音表示。

他把Ω叫做引力漩涡，这个引力漩涡物理意义是什么？是否存在？

怎样测量？这个问题，他没有解决。这仅仅是型式上的一种延拓。《4》

从那以后的30年来，虽然连续介质力学有了很大的发展，但是从牛顿流体框架下得出和上面相似的方程总存在一些困难，下面我们可以从不可压黏性流动的纳维尔斯托克斯方程出发来作这个分析。

三,电动力学基本方程组和连续介质方程组之间相似性的分析。

　

下面让我们在连续介质力学领域里寻找和它相类似的四个方程:

1 ）首先电动力学基本方程组的1和4式就在连续介质力学中有类似的表达形式：

比如对于静止的涡量场，涡的散度为零

grand Ω = 0 　

其中Ω是介质流场速度的旋度，Ω=rot（V）。

2 ）对于加速度场也有和电动力学基本方程组的4式对应的表达形式

grand F = α M 　

其中F是加速度，α是和万有引力有关的系数，M是地球质量。

3）对于电动力学基本方程组的2式，需要一个涡的变化也能产生力的旋度的表达形式，亥姆霍兹定律正是这样一个关系，对黏性流体可以通过考虑柯罗米柯兰姆形式的动量方程把亥姆霍兹定律写成更一般的形式，下面是牛顿流体动量方程的柯罗米柯兰姆形式:

这个方程的的物理意义是涡随时间变化产生了力的环量，及和力的量纲相同的另一部分环量。这样对麦克斯韦尔方程组来说在连续介质领域里又找到了第三个类似的方程。电动力学一共四个方程,已经找到了三个,至此已经三缺一了.

但是寻找最后一个方程(方程3)的对应形式却没有那么容易,它遇到了在牛顿流体框架内不可克服的困难.

四. 山穷水尽疑无路_____无法找出方程3的对应方程.

为了和电动力学方程3相对应，我们还需要给出一个力产生涡的旋

度的方程来。这是困扰我们的关键问题所在，为此让我们利用NS方程不

可压缩的表达形式来说明这个问题.

不可压的NS方程可以写成：

缺乏我们所需要的应力也和应变的线性关系.然而如果采取应力和应变成线性的关系,形式上虽然可以得到和麦氏方程3相类似的方程,但是介质就成了刚体,从而就不得不引入,以太那样的绝对不运动的介质以及绝对坐标系,而这样的物理假设早已经被菲涅尔的双干实验所否定,尽管这条路是存在的,但是这是一条我们所不愿意走的歧途.很多和作者一样的探索者也只好到此止步,看来真是山穷水尽疑无路了.

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