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引力波的本质

投稿时间:2016-02-23 15:09 投稿人:韩永全 【字号: 访问量:

引力波是什么?新浪科技科学探索栏目《回溯时间:引力波能让我们窥见宇宙创生时刻吗?》报道,美国LIGO实验成功探测到13亿光年之外两个质量分别为36个太阳质量和29个太阳质量的黑洞在合并过程中产生的引力波信号。这两个黑洞在合并之后,形成一个质量为62倍太阳质量的黑洞,那么剩余的3倍太阳质量哪里去了?答案便是这强大的引力波。根据爱因斯坦最为著名的质能方程E=Mc2,这巨大的质量已经被转化为了能量的形式。据此报道叙述,很显然,引力波就是辐射。

引力的显著特点——向心。可以说,引力波是物体存在引力的原因。引力是向心的、弯曲的,那么引力波也是向心的、弯曲的。通常情况下,我们认为辐射是直线传播的,那是因为物体的辐射半径较大,被误认为是直线传播。其实,宇宙间根本不存在绝对的直线传播或运动,即辐射(光粒子)的传播也是弯曲的。辐射弯曲传播的原因是:宇宙间不存在不自转的物体,物体的自转是辐射向心弯曲。我们研究一下地球的辐射半径,我在本栏目中发表的《关于地球引力场半径的探索》是这样论述的,地球之所以能辐射,是由于地球自转的线速度小于光速,光速是物质和暗物质的拐点。如果地球自转的线速度等于光速,按照运动速度的规律,地球的辐射粒子应该以地球的半径为半径随地球自转,即地球不在辐射。其实,对其它天体也遵循同样的规律,当物体自转的线速度等于光速时,物体不在辐射,辐射粒子(电磁波粒子)以该物体的半径为半径随物体自转,此时物体的状态就是物质和暗物质的拐点,此时该物体的引力场半径等于该物体自转半径,再继续变化即是暗物质,暗物质自转的线速度是超光速的。暗物质不辐射,辐射收敛在暗物质的内部,即辐射的速度始终等于光速,符合爱因斯坦的光速不变的假设,即和爱因斯坦光速不变假设相互印证。由于暗物质辐射收敛在暗物质的内部,所以暗物质的引力场半径也等于该暗物质的自转半径。物体自转的线速度和光速的比值——辐射的曲率,辐射曲率的倒数乘以该物体的半径——辐射粒子的辐射半径,由于引力场的作用粒子是辐射,所以物体的辐射半径就是物体引力场的半径。地球的辐射半径,即地球的引力半径的粗略推算:地球赤道半径约6.4×106米、地球的自转的线速度约为460米/ 秒,所以地球的辐射半径是,CR/V,其中,C是光速、R是该天体的半径、V是该天体自转的线速度。所以地球的辐射半径是:CR/V=3×108×6.4×106/460=4.2×1012米,这就是地球的辐射半径,这样大的辐射半径,一般情况下,会被误认为是直线传播的,同理我们还可以推出太阳的辐射半径,比地球的辐射半径要大得多,这里我不在推算。所以太阳的辐射更容易被认为是直线传播。

引力波就是辐射,准确地说是弯曲的辐射。那么引力子就是辐射粒子或称辐射量子。所以说引力波(就是弯曲的辐射)早已被发现,只是我们熟视无睹不知道辐射的本质之一就是引力波、时空涟漪,辐射粒子就是引力子。其实,任何物体都会发射引力波,并且引力波的强度和发射物体的距离的平方成反比。天体合并时辐射较强,引力波也较强;天体正常运行时辐射较弱,引力波也较弱,此时引力波更不容易被检测、观测到。

美国LIGO实验探测到的引力波信号,虽然是3倍太阳质量的辐射——辐射强度极大,但是距离我们13亿光年,因为辐射的强度和距离的平方成反比,即和引力波的强度也成反比,所以美国LIGO实验探测到的引力波信号也是微弱的。我们可以逆推而计算出13亿光年之外两个质量分别为36个太阳质量和29个太阳质量的黑洞在合并过程中产生的引力波信号的强度,即美国LIGO实验探测到的引力波信号的强度乘以13亿光年的平方。

用引力波计算引力的方法,我在本栏目发表的《地球重力场是由于地球的辐射和自转形成的》指出,引力场形成的条件:1、辐射,2、自转,缺一不可。辐射是任何一个物体都具备的。自转的物体产生引力场——即弯曲的辐射。我总结的辐射规律:任何物理都在辐射,辐射使物体的质量减少。物体由于辐射减少的质量与物体的密度、热力学温度、表面积、时间的乘积成正比。数学表达式,m = B × ρ × T × S × t ,其中B是比例常数,ρ 是物体密度, T是热力学温度,S 是物体表面积,t 是物体辐射的时间。由辐射的数学表达式得出:温度大于热力学温标零度的物质都会辐射。(这一论述被美国物理学会2013年四月会议录用,录用链接地址:http://meetings.aps.org/Meeting/APR13/Event/192515、三、四月会议是美国物理学会中重要的两次会议。)说明辐射的强度和物体本身的密度、温度、表面积有关。

作为质量标准的模型,118年质量消失50 微克。下面我们根据这一客观事实粗略推算一下比例常数 B。由于作为千克标准的模型是:高和直径都是约39毫米的圆柱,我们容易推算出它的密度和表面积,ρ = 21475,S = 0.0072,为了方便,取T = 300k,推算出:t = 372124800,m = 0.00000005(都是国际标准单位制),进而计算出:

B = m / ρ·T·S·t = 0.00000005 / 21475×300×0.0072×372124800 = 2.9×10-21,由于比例常数较小,所以通常情况下,我们不会察觉到由于辐射损失的质量。

其实,在宏观世界,密度不太大、密度的变化也不太大的情况下,引力大小质量能作为引力主要因素,可以舍去其他因素——近似处理。在微观世界,由于质量很小、变化范围也不大,导致质量不能成为引力形成的主要因素,而密度较大,且密度的变化远大于质量的变化,质量的变化已不能制约引力的变化,此时密度的变换能制约引力的变化,密度可以作为引力形成的主要因素代替万有引力定律表达式的质量。在微观世界,我们用密度作为引力的主要因素,舍去其他次要因素,仍然应用万有引力定律的逻辑规律计算引力,这种合理变化使得万有引力规律还能应用到微观世界,并且能解释原子核的构成,即密度引力大于静电力。

尝试准确描述引力、引力场,地球辐射和自转的过程是形成引力场的过程。推广到一般,所以要准确描述引力、引力场的大小必须考虑辐射和自转。引力形成引力场的重要因素是辐射、自转,由辐射的数学表达式可知,物体辐射的强度和物体的密度、温度、表面积有关,形成引力场的另一个因数是自转。由上述分析可知,万有引力定律的逻辑描述是正确的,即描述引力的大小和距离的平方成反比是正确的,但是确定引力的制约因素是物体的质量不准确。由上述分析可知,应该用物体的辐射强度和自转角速度的乘积代替万有引力定律中的质量。引力的表达式为:F=G(B × ρ1 × T 1× S1×ω1)(B × ρ2 × T 2× S 2×ω2)/R2,所以引力场强的大小的表达式是:E=G(B × ρ × T × S×ω)/R2,其中,R是距辐射源中心的距离,ω是辐射源自转的角速度,G是引力恒量(不是万有引力恒量)。这样的描述不仅适用于宏观世界的普通物质,也适合宏观世界密度较大的天体,还适用于微观世界的微观粒子,例如质子和质子由于密度较大,它的引力也大于静电力,轻松解决原子核的组成问题,而不需要引入强相互作用。这样的描述不仅考虑到物体f辐射损失的质量——引力波,还考虑到物体的密度等因素,较为全面地、准确地反应了引力形成过程的本质。