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解釋牛頓力學(xué) 已有2人參與
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【本文大寫字母為矢量】 牛頓力學(xué)表述為： 1，任何物體試圖保持勻速直線運動或者靜止?fàn)顟B(tài)，直到有外力改變?yōu)橹埂?br /> 2， 物體受到的作用力F和這個物體的速度V隨時間t變化率(就是加速度)A = dV/dt成正比，和這個物體的質(zhì)量m成正比。 F = mA 3，一個物體受到另一個物體的作用力時候，總會對另一個物體施加反作用力，兩個力大小相等，方向相反。 4，宇宙中任何兩個物體（質(zhì)量分別為m, m’）都是相互吸引的，吸引力F于他們的質(zhì)量成正比，與他們的距離r的平方成反比。 F = g m m’/r2 式中g(shù)為萬有引力常數(shù)。 牛頓力學(xué)的核心是質(zhì)量概念，由質(zhì)量概念，又產(chǎn)生了動量概念，借助于動量概念，以上牛頓的1, 2, 3定理可以改寫為： 1，任何一個物體，都具有質(zhì)量m，當(dāng)這個物體相對于我們觀察者以速度V運動時候，具有動量: P = mV 2，物體受到外力F的作用，可以通過這個物體的動量隨時間t的變化而體現(xiàn)出來。 F= dP/dt = d (mV )/dt = m d V/dt = mA 牛頓力學(xué)中認(rèn)為質(zhì)量m為不變量。 3，相互作用的物體的動量是守恒的，一個物體所得到的動量是另一個物體失去的，失去的動量和得到的動量大小相等，方向相反。 下面我們從一個基本假設(shè)出發(fā)來解釋牛頓力學(xué)： 基本假設(shè)： 宇宙中任何一個物體【包括我們?nèi)说纳眢w】周圍空間都以光速輻射式運動，空間這種運動給我們觀察者的感覺就是時間。 我們把三維空間分割成許多小塊，每一小塊叫空間幾何點，描述這些幾何點的運動，就可以定性、定量的去描述空間本身的運動。 借助幾何點概念，我們可以認(rèn)為：時間與觀察者周圍空間光速運動的路程成正比。 設(shè)想有一個質(zhì)點o相對于我們觀測者靜止，周圍空間中任意一個空間幾何點p在零時刻以光速度C【在這里認(rèn)為光速可以為矢量】從o點出發(fā)，沿某一個方向運動，經(jīng)歷了時間t，在t'時刻到達(dá)p所在的位置，讓點o處于直角坐標(biāo)系xyzo的原點，由o點指向p點的矢徑為R = C t = x i+ y j + z k R是空間位置x，y，z的函數(shù)，隨x，y，z的變化而變化，記為： R = R（x,y,z,）。 我們以 R = Ct中R的長度r為半徑作高斯球面s = 4πr2【內(nèi)接球體體積為4πr3/3】包圍質(zhì)點o。 注意，r和R雖然數(shù)量相等，但是二者是有區(qū)別的，r是幾何點的位移R長度的數(shù)量，是高斯面s的半徑。把運動空間看成是水流，R就是水流沿某一個方向流動的長度，而r如同我們隨著水流測量的卷尺的刻度。 o點周圍的重力場A表示o點周圍在體積4πr3/3內(nèi)有n條幾何點的位移矢量R = Ct， A = k g n R /（4πr3/3） k為常數(shù)。 g為萬有引力常數(shù)。 而質(zhì)點o的質(zhì)量m就表示在高斯球面s = 4πr2【內(nèi)接球體體積為4πr3/3】內(nèi)，包含幾何點矢量位移R = Ct的條數(shù)n和立體角度4π的比值。 m = 3 k n /4π 這樣,以上的重力場方程A = k g n R /（4πr3/3） 可以寫為： A = g m R /r3 牛頓萬有引力定理指出，質(zhì)點o周圍空間p處【由o指向p點的矢徑為R，o點到p點的距離,也就是矢量R的數(shù)量為r】產(chǎn)生的重力場為a = g m/r2,矢量式：A = g m R/r3。 以上的重力場方程和牛頓力學(xué)重力場方程吻合。 利用牛頓第二定理，可以得到： 如果在p點存在著一個質(zhì)量為m’的質(zhì)點p ，則p點受到o點的作用力F可以用p點的慣性力m’A表現(xiàn)出來。 F = m’A = g m R /r3 以上正是萬有引力公式。 質(zhì)點o相對于我們觀察者靜止的時候，周圍空間的運動量可以表示為m C ,可以認(rèn)為m C為o點的靜止動量。 當(dāng)o點相對于我們以速度V勻速直線運動的時候，由于光速相對論不變性， o點周圍空間幾何點相對于o點的運動速度【在我們觀察者看來】可以表示為矢量(C-V), 和V合成后【(C-V)+V = C】的仍然是光速C，相應(yīng)的o點的運動量應(yīng)該為： P = m(C-V) 這個是比牛頓動量公式更普遍的動量公式，注意，P 、C、V是矢量， 從上式可以看出，相對論、牛頓力學(xué)的動量公式P = m V是這個動量公式P = m（C- V）中的一個分量。 我們應(yīng)該合理的認(rèn)識到，一個物體的靜止動量m’C【為了區(qū)別，用m’表示靜止質(zhì)量】和運動動量m（C- V）的數(shù)量應(yīng)該是相等的，不同的只是方向。 | m’C | = | m（C- V） | 由于在相對論中，V只能引起V垂直方向的光速的變化，使V垂直方向的光速變成√（c2- v 2），所以C- V的數(shù)量為√（c2- v 2），這樣： (m’c)2 = m2c2- m2v2 m’ = m√（1- v 2/c2） v是速度V的數(shù)量，c是光速度C的數(shù)量，上式就是相對論中質(zhì)速關(guān)系。 我們也應(yīng)該合理的認(rèn)識到，物體靜止時候有靜止能量m’c2，運動的時候有能量mc2- mv2,二者的數(shù)量是相等的，也就是： m’c2 = mc2- mv2， 這種看法和相對論基本吻合。 電磁力和萬有引力、核力表面看是物體之間的相互作用力，本質(zhì)上都是物質(zhì)點在空間中相對于我們觀測者運動形成的，都可以表現(xiàn)為慣性力，都可以用動量P = m（C- V）隨時間t的變化率來表示。 F = dP/dt = Cdm/dt - Vdm/dt + mdC/dt - mdV/dt (C- V)dm/dt = Cdm/dt - Vdm/dt是質(zhì)量隨時間變化的力，簡稱加質(zhì)量力，本質(zhì)上是電磁力，其中Cdm/dt 是電場力，Vdm/dt是磁場力，mdV/dt牛頓第二定理中的慣性力，也是萬有引力（或者叫重力場力），mdC/dt 是核力。 由于字?jǐn)?shù)的限制，以上的數(shù)學(xué)推理要涉及到電磁場本質(zhì)幾何形式的認(rèn)定，這里省略，有興趣的網(wǎng)友百度“統(tǒng)一場論5版”可以看到詳細(xì)論證過程。 以上引出的空間以光速運動，大家可能覺得光速的提出是畫蛇添足，實際上認(rèn)為空間以光速運動產(chǎn)生時間，可以解釋相對論中的光速不變。 如果認(rèn)為宇宙中任何物體【包括人身體】周圍空間以物體為中心點，以光速c輻射式運動，而光是靜止于空間中被空間這種運動帶著向外跑的，空間 這種運動給觀察者的感覺就是時間。 這樣說來，時間的量與光速運動空間的位移量成正比。 光速是一個分式，從數(shù)學(xué)中我們知道，分式有分子和分母。光速中的分子----空間位移和光速中的分母-----時間是一個東西，是我們?nèi)藶榈陌岩粋�東西叫成兩個名字。比如，張飛，又名張翼德，雖然是兩個名字，但是，指的是同一個人。 所以，光速的分子------空間位移如果有什么變動，光速的分母------時間一定會同步變化，這樣光速的數(shù)值始終不變，這個就是光速不變的原因。 比如說，我們看到了張飛胖了，體重增加了5斤，我們馬上就可以斷定張翼德體重肯定的增加5斤，因為兩個名字指的是同一個人。 張飛和張翼德的體重在增加，但是，張飛的體重和張翼德的體重的比值始終不變。 當(dāng)光源相對于我們以速度v運動的時候，引起了光速的分子----空間位移的變化，光速的分母------時間一定會同步變化。因為光速的分子---空間位移和光速的分母---時間本質(zhì)上是同一個東西，是我們?nèi)私谐蓛蓚�名字，如同張飛和張翼德。 從以上可以推理出，光源相對于我們觀察者無論是勻速還是加速運動，光速始終不變。這個表明廣義相對論基本正確。 |
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