物理科学探疑-网友天空-系统观点-段灿光-以 太 浮 力 论
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以 太 浮 力 论

段灿光

摘要:本文通过一些天文观测事实,论证以太存在,充满宇宙空间。论证所有天体或在宇宙内运动的人造物体,必然受到以太作用。本文把以太对天体和人造物体运动产生的这种作用定义为以太浮力和以太阻力,通过分析彗尾形态变化同彗星运动的关系,证明了以太浮力的形成、作用机制、物理意义和计算式。最后,将以太浮力和阿基米德浮力定律进行了比较。


1、概述

    以太的存在与否,是一个古老的论题。以太的存在曾在二十世纪初被否定。现在,大多数科学家不相信太空中存在以太。如果把以太看作是一种充满空间的非常非常稀薄而又均匀分布的物质,或许有助于我们对以太的认识。近几十年来,随着天文观测仪器的改进,天文学取得了许多突破性成就。大量观测资料证实,宇宙空间处处充满了物质性的介质,没有物质的绝对空间是不存在的,空间的存在形式由物质分布所决定。没有物质,空间将无从体现;离开空间,物质就无法形成。空间和物质是无法分开的,这是人类永远办不到的事。任何孤立地看待空间或物质的观点都是脱离客观事实的臆想,是错误的。宇宙内不存在绝对无物的空间,真空只是物质存在的一种特殊形式,真空中充满着丰富的基本粒子,真空既有自己的物理性质,化学性质,又有自己存在的场,是物质性的。

    本文把宇宙空间中存在的尘埃、各种粒子、星际物质、星际分子、辐射、场以及人类目前尚没法探测到的各种物质的总和看成“以太”,并认为,在宇宙空间中有限的范围内,以太物质分布是均匀的,不随时间变化。以太物质,可以以人们熟悉的形态存在,也可以以人们不熟悉的、甚至是现代科学技术还根本无法探测到其存在的形态存在。但是,以态这种特殊物质可能表现出各种物理的和化学的性质。宇宙空间处处均匀的微波背景辐射,就是以太物质存在的直接证据。3K背景辐射的均匀性,随时间的不变性,都说明宇宙天体处在一种大致均匀的物质介质 ——“以太”—— 中运动。

    既然宇宙中存在着均匀分布的以太,在这种特殊介质内运动的天体或人造物体,必然受到以太作用。以太作用包括物理作用、化学作用和力学作用。力学作用又可分为两种,一种是阻力作用,这里称以太阻力;另一种是浮力作用,即以太介质对天体或人造物体的浮力,这里定义为以太浮力,本文仅讨论以太浮力。以太浮力很可能是以太粒子对运动于其中构成天体或物体的微观粒子的相互碰撞,使天体或物体内的极少数粒子的运动改变,从而影响了整个天体或物体的运动的。

    到目前为止,人类所建立的力学规律中,尚没有一种理论能够解释彗星运动过程中彗尾变化的全部现象。天体运动的许多非引力效应尚未找到原因,彗尾成因的“太阳风”学说无法解释逆彗尾的存在。为解释彗尾的产生及其变化,为使万有引力定律在宇宙间具有较大范围的普适性,本文根据彗尾形态变化规律,提出多种以太浮力的作用方式,然后分析论证最合理的作用方式和相应的计算式,并依据客观事实,对以太浮力进行了初步验证。

2、字母符号及其意义

F代表以太浮力,为矢量;va分别代表彗星或天体运动的速度和加速度,都是矢量;M、V、γ分别代表彗星或天体的总质量、体积、平均密度;γo代表以太介质的平均密度;γ水代表地球表面水的平均密度;g代表地球表面重力加速度;k1、k 2、k 3、k分别代表不同的比例常数;计算等式右边的负号表示等式两边向量的方向相反。

3、以太浮力论

    当一个物体在介质内运动时,受到的作用力大小同下列因素有关:①介质的物理性质;②物体运动的速度或加速度;③物体的形状、尺寸和表面性质以及垂直运动方向截面积的大小;④介质和运动物体的密度差。宇宙天体,绝大多数是球状的,在离太阳较远时,彗星也是球体。为了简单,把彗星看成是在均匀以太介质中运动的物体,讨论以太浮力时,只考虑上述第二和第四种因素的影响,忽略以太性质、彗星形状、表面性质等因素的作用。为避免与彗尾成因的“太阳风”理论相混淆,讨论中忽略太阳辐射和太阳风对彗尾形成的微小作用。确定以太浮力的顺序为,根据观测事实作出多种假设,首先确定以太浮力同彗星运动的关系,然后确定以太浮力同彗星体积、密度和以太密度的关系。最后按叠加原理,把几种合理的关系式进行合并,求出以太浮力计算式。

3.1、不存在以太浮力的否定

    不存在以太浮力,就是说天体在空间中运动只受万有引力作用,不受空间中稀薄物质的阻碍,这跟观测事实相矛盾。如果只考虑万有引力,无法正确阐明彗尾的形成及其变化,无法解释逆彗尾的产生,无法解释其他天体运动中出现的非引力效应现象。故不存在以太浮力的假设是错误的。

3.2、以太浮力同彗星运动变化的关系

3.2.1、以太浮力同彗星运动速度的关系

    假设以太浮力大小与彗星运动速度成正比,或与彗星运动速度的平方成正比,方向跟彗星运动速度的方向相反,即F∝ -v、或F∝ -v2。对在大气层内运动的物体,这种阻力关系是通过实验确定的。尤其是在物体的尺寸不大,运动速度较小时,这两个关系具有足够高的精度。但是,如果用这两个关系式确定以太浮力,就无法解释彗星减速运动过程中彗尾的指向。因为以太浮力的方向始终跟彗星运动的方向相反,所以,由以太浮力作用产生的彗尾指向应该始终跟彗星运动方向相反。观测表明,在彗星由近日点到远日点的减速运动过程中,彗尾指向大致跟运动方向相同,与假设相矛盾,说明假设错误,应该放弃。同理,假设以太浮力跟彗星运动速度或速度的平方成反比,方向跟彗星运动方向相反也是错误的。这不光解释不了彗星减速运动过程中彗尾的指向,更解释不了彗尾长度的周期性变化。两种假设跟事实均是矛盾的,假设错误。

3.2.2、以太浮力同彗星运动加速度的关系

    假设以太浮力大小跟彗星运动加速度成反比,方向跟加速度的相反,即F∝ -1 a。用这一关系式分析彗尾长短变化,结果是在彗星加速运动过程中,a不断增大,F不断减小,由F作用产生的彗尾逐渐缩短;相反,在彗星减速运动过程中,a不断减小,F不断增大,彗尾不断伸长。彗星在远日点a最小,彗尾最长,在近日点a最大,彗尾最短。这跟观测事实恰恰相反,说明假设是错误的,

必须放弃。如果假设以太浮力大小跟彗星运动加速度成正比,方向跟加速度的相反,即F∝ -a,就可以避免上述错误。这就是说,彗星在绕日作周期性的运动过程中,加速度始终指向太阳(忽略了其他天体的摄动影响),以太浮力跟引力方向始终相反,F是把彗发气体推离太阳形成彗尾的力量,属离心力,aF具有相同的变化周期,彗尾的出现和长短变化也必有相同的周期。用k 1代表比例常数,这一关系可写成等式

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    应用(1)式可以很好地阐明彗尾指向及长度的周期性变化,这说明(1)式是正确的,可采用。

3.3、以太浮力跟以太密度的关系

    地球表面实验证明,物体在介质内运动受到的浮力大小随介质密度而变化,介质密度越大,浮力越大,介质密度越小,浮力越小,两者之间存在正比例关系。很显然,一物体在大气中运动要比在水中运动容易得多,原因就是大气密度比水的密度小很多,大气中运动阻力也就小得多了。由此可见,太空中运动的天体受到的以太浮力(F)大小跟以太密度(γo)成正比,即F∝γo。这就是说,γo愈大,空间真空度愈低,天体运动受到的以太浮力愈大。相反,γo愈小,空间真空度愈高,天体运动受到的以太浮力愈小。写成等式为

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    (2)式中k2是比例常数。由(2)式确定的以太浮力没有方向,F的方向由加速度方向决定,已在3.2节中讨论过。

3.4、以太浮力同天体体积的关系

    由地面经验知,介质中运动的物体,所受到的介质浮力跟物体的体积成正比。体积越大,运动时介质浮力越大。这就象一粒子弹和一颗炮弹同在空气中运动一样,炮弹受到的浮力远比子弹大。同样可推测,天体在太空中运动受到的以太浮力与天体的体积成正比,写成等式为

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(3)式中k3是比例常数。

3.5、以太浮力计算式

    综上所述,天体运动受到的以太浮力,大小跟天体的加速度、体积以及以太的平均密度成正比,方向跟加速度的方向相反。按照叠加原理,直接将(1)、(2)、(3)式合并得:

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    (4)式就是以太浮力计算式。式中k为比例常数,这里叫以太浮力常数,负号表示Fa的方向相反。应用这一关系式,可以圆满地解释彗尾的成因及其变化。彗星是一种物质密度分布极不均匀的天体,彗核密度大,彗发密度小。在彗星绕日运动的某一时刻,相同质量的彗核和彗发单元体,受到相同的太阳引力作用,但它们受到的以太浮力却不同。彗核单元密度大,体积小,受到的以太浮力小,具有较大的加速度;彗发单元密度小,体积大,受到的以太浮力大,具有较小的加速度。这样,在两个单元体之间,由于受力不同而存在相对运动,使彗核和彗发分开或靠拢。在彗星由远日点向近日点的加速运动过程中,以太浮力逐渐增大,彗核运动较彗发越来越快,距日越来越近。这种相对运动使彗核超前于彗发形成彗头,彗发逐渐落后于彗核形成彗尾,彗核表层物质逐渐挥发喷射补给彗发。随着彗星运动加速度的增大,彗尾越伸越长,彗体越来越大。彗星过近日点时,加速度最大,彗发最大,彗尾最长,彗体最大。相反,在彗星由近日点向远日点减速运动过程中,以太浮力逐渐减小。由于彗核密度较大,与彗尾和彗发相比,它受到的以太浮力基本可以忽略不计。故在以太浮力逐渐减小的过程中,彗尾物质逐渐向彗核靠拢过来,结果彗尾逐渐缩短,彗发逐渐收缩,彗体逐渐减小,彗尾物质不断补给彗发。当彗发内压力超过一定值时,多余的物质就会在彗核表面上不断凝结,彗核不断增大。随着加速度的不断减小,彗尾愈来愈短,彗体愈来愈小,彗星到达远日点时,加速度最小,彗尾消失,彗体最小,彗发和彗尾物质绝大部份回到彗核上,彗核体积最大,此时彗星为球状。对于具有逆尾的彗星,组成逆尾的颗粒物质密度最大,彗核密度次之,彗发密度更小,彗尾密度最小。在彗尾内,从彗核到彗尾末端,物质密度由大到小逐渐变化。整个彗星就像一个很长的圆锥体,锥尖指向太阳。这就是彗尾生消及其变化的原因。

4、对以太浮力的进一步分析

4.1、以太浮力的微观实质

    由(4)式知,F实质上是一种按体积均匀分布的力。从微观方面分析成因,F很可能源于两种不同密度物质中粒子运动的对撞。因为,以太密度均匀不变,所以,以太浮力仅跟以太粒子的浓度(即以太的平均密度)和天体的体积有关,跟天体的密度无关。相同体积的天体,如果相对以太的运动加速度相同,在相同时间内受到相同数量以太粒子相同次数的撞击,受到的以太浮力相等。这就意味着,以太浮力可能符合统计规律,(4)式有可能还可以改写为统计力学表达式。

4.2、以太浮力计算式与阿基米德定律的比较

    (4)式虽然是从分析彗尾变化推得的结果,但它同样可用于求其他天体运动受到的以太浮力。只要能确定以太浮力常数k,它还可用于计算在介质中运动、物体受到的介质浮力。例如,计算地球表面水中静止物体受到的浮力时,取k = 1,γo就是水的密度,即γo= γ水,a是地面重力加速度,即a = g ,方向指向地心。代入(4)式得:

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(5)式就是我们熟悉的阿基米德浮力定律的数学表达式,浮力的方向跟重力方向相反。由此类推,以太浮力实质上是空间介质“浮力”,它不同于以太对天体的运动阻尼。以太对天体的运动阻尼,也就是以太阻力,方向跟以太浮力不同,它始终与天体运动方向相反,数值可能较以太“浮力”小,要注意区分,不可混淆。

4.3、深入研究以太浮力的重要性

    在太阳系内,除彗星以外的天体,体积基本保持恒定,密度较大,在绕日运动过程中,加速度的变化幅度很小,受到的以太浮力跟太阳引力相比是非常微小的。在这种情况下,忽略以太浮力,万有引力定律仍然是行星运动的精确描述。太阳系内,唯有彗星,尤其是掠日彗星,密度非常小,运动加速度变化幅度巨大,近日时彗体庞大,其运动受到以太浮力非常明显的影响。正因为如此,它们成了检验证实以太浮力的最佳天体。在分析它们的运动及其形状变化时,忽略以太浮力就无法解释彗尾的成因,很难说明彗星运动过程中的非引力效应。这正是研究以太浮力的重要性。

主要参考文献和深入理解阅读的部分文献:
1、《再论以太浮力 —— 关于万有引力变化的讨论》 段灿光著 本文集
2、《三论以太浮力 —— 对微观粒子运动的解释》 段灿光著 本文集
3、《介质浮力存在的普遍性》 段灿光著 本文集
4、《彗尾成因论》 段灿光著 本文集
5、《彗星运动过程中若干现象的讨论与预测》 段灿光著 本文集
6、《彗星运动规律分析》 段灿光著 本文集
7、《中国大百科全书·天文学》 主编:张钰哲 1980年12月中国大百科全书出版社
8、《中国大百科全书·力学》 主编:钱令希 1985年8月中国大百科全书出版社
9、《中国大百科全书·哲学》 主编:胡绳 1987年10月中国大百科全书出版社
10、《中国大百科全书·物理学》 主编:ytfll06.gif (1388 字节) 、朱洪元 1987年7月中国大百科全书出版社
11、《彗星十讲》 胡中为、徐登里编著 32K、P158 1986年4月科学出版社
12、《哈雷彗星今昔》 张钰哲著 32K、P97 1982年3月知识出版社
13、《彗星漫谈》 徐登里编著 32K、P107 1975年7月科学出版社
14、1998年12月29日 《中国科学报》
15、1999年1月4日 《科学时报》


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