揭秘相对论中质能方程E = mc²
2020-03-23 21:25:16
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原创 张祥前 张祥前 今天

作者张祥前交流微信zhxq1105974776

张祥前主要作品有

《安徽农民外星球一个月见闻》

《统一场论6版》

《揭秘万有引力的本质》

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本文没有特殊标明的大写字母是矢量。

相对论中最出名的是质能方程E = mc²,相对论认为,物体的质量m随着物体的运动速度v的增大而增大,

m = m’/√(1- v²/c²)

上式中m’是物体静止时候的质量,c是光速。

相对论就是利用以上质量和速度关系方程,加上牛顿力学的动能定义公式Ek = mv²/2导出了著名的相对论质能方程

E =mc²

而相对论中的质速关系m = m’/√(1- v²/c²)是利用动量守恒、相对论速度叠加公式v’= v-u/(1-vu/c²)导出的。

而相对论速度叠加公式是从洛伦茨变换中导出来,而洛伦茨变换是从光速不变导出的。

有很多人在反对相对论这个结论,那个结论,其实,光速不变才是相对论的核心,只有光速不变错误,相对论才是错误,而光速不变最开始就是从实验中发现的。所以,反对相对论的人,注定是在瞎忙活。

统一场论【百度统一场论6版可以搜到】在相对论基础上建立的,所以,统一场论可以解释相对论的质能方程E = mc²。

在统一场论中,质量m表示物体周围有n条位移矢量,或者有n条速度矢量。

m= k n/4π

上式k是比例常数,n是条数。当我们把以上拓宽为变量时候,角度4π可以换用Ω表示。

m = k n/Ω

在物理学中,很多物理概念是我们观察者对物体运动描述出来的。

比如,速度、加速度,动量、力、动能,都是我们对物体在空间中运动描述出来的,反映了物体在空间中运动的状态和运动的程度。

温度,也是我们观察者对物体的分子在空间中无规则混乱运动程度的描述。

但是,我们对质量、电荷、相对论中的静止能量、场、时间这些物理概念感到迷惑不解,我们无法把这些物理概念与运动联系起来。

因为,很显然,在物体相对于我们观察者静止时候,没有物体运动的情况下,仍然存在着质量、电荷、相对论中的静止能量、场、时间这些物理概念。

统一场论认为,宇宙由物体和空间组成,不存在第三种与之并存的东西。其余统统的不存在,其余的都是我们观察者对物

体运动和物体周围空间本身运动描述出来的。

统一场论认为质量、电荷、相对论中的静止能量、场、时间这些都是物体周围空间本身运动造成的。

统一场论拓宽了我们对运动的认识,除了一种常见的物体在空间中的运动,还有一种物体周围空间本身的运动。

统一场论这种认识,使我们明白,宇宙只有物体和空间真实存在,其余都是我们的描述,是我们对物体在空间中运动、或者物体周围空间运动的描述。

这样,使我们明白:物理是我们对几何世界【由物体和空间构成】运动而描述出来的。没有我们人,就不存在物理【但是,几何世界仍然存在】。

在统一场论中,物体周围空间运动类似于背景运动,夜晚,我们坐在刚起飞的飞机上,机场一排排灯光向后快速移动,灯光的移动就是一种背景运动。

物体周围空间的这种背景运动,和物体在空间中运动是没有什么本质区别的,可以用同样的数学工具来描述。

并且,物体在空间中运动可以影响周围空间本身的运动,而物体周围空间本身运动同样会决定、影响物体在空间中运动。

统一场论的基本假设认为:

宇宙中任何一个物体【包括我们观察者的身体】周围空间都以光速、以物体为中心向四周发散运动。

我们观察者身体周围空间这种光速发散运动,给我们观察者造成的感觉就是时间。所以,时间的量与空间光速运动走过的路程成正比。

这种时间的物理定义可以解释相对论中光速不变性。

物体的发光,实际上是物体周围空间时刻以光速在向四周发散运动,光子静止在空间中,随空间一同以光速向四周发散运动。

光速【用c = r/t表示,r是空间位移,t是时间】在数学上是一个分式,分子-----空间位移用r表示,分母----时间用t表示。

由于时间t就是我们对空间位移r描述出来的一个物理概念,时间t和空间位移r本质上是一个东西,所以当r变化,t一定同步变化。

r和t同步变化,光速(c = r/t)就始终不变。

物体周围的场,在统一场论中被认为是物体周围空间以圆柱状螺旋式产生的。

统一场论中给电磁场、万有引力场、核力场统一定义为:

我们把空间分割成许多小块,每一个小块叫空间几何点,简称几何点。几何点走过的路线叫几何线。

相对于我们观察者,物体o点周围空间任意一个几何点p所在的位置是空间位置的函数,或者是时间的函数,这样的空间叫场。

统一场论中是这样来定义质量的。

设想有一个质点o相对于我们观测者静止,周围空间中任意一个空间几何点p在零时刻以光速度C从o点出发,沿某一个方向运动,经历了时间t,在t'时刻到达p所在的位置,让点o处于直角坐标系xyzo的原点,由o点指向p点的矢径为R = C t = x i+ y j + zk

R是空间位置x,y,z的函数,随x,y,z的变化而变化,记为:

R = R(x,y,z,)。

我们以 R = Ct中R的长度r为半径作高斯球面s = 4πr²【内接球体体积为4πr³/3】包围质点o。

o点周围的引力场A表示o点周围在体积4πr³/3内有n条几何点的位移矢量R = Ct,

A = k g nR /(4πr³/3)

k为比例常数。g为万有引力常数。

而质点o的质量m就表示在高斯球面s = 4πr²【内接球体体积为4πr³/3】内,包含几何点矢量位移R =Ct的条数n和立体角度4π的比值。

m = 3 k n /4π

这样,以上的引力场方程A = k g nR /(4πr³/3) 可以写为:

A = g mR /r³

以上物体的质量反映了:包围物体的高斯球面里,单位体积内包含几何线的条数。

在统一场论中,电荷反映了包围物体的高斯球面里,单位体积、单位时间内包含几何线的条数。

在统一场论中,质量反映了物体周围空间的散度场,而静止质量反映了物体周围的梯度场,可以很容易解释了相对论中物体的静止质量和静止能量,是物体周围空间光速发散运动产生的。

正确认识是一种强力武器,统一场论的物体周围空间本身运动,可以认为是空间运动学,不但可以解释时间、场、质量、电荷、力、能量的本质问题,可以解释万有引力、库伦电力、核力的的起源等许多问题。

在物理学中,动量守恒和能量守恒是基本规律。但是,现代物理学认为在某些情况下,动量和能量是不守恒的。

例如,一个质量为m的火车相对于我们地面的观测者以速度V【本文大写字母为矢量,V的数量为v】直线运动,地面的观测者认为这个火车有动量mV和动能 mv²/2【属于能量的一种】。

而火车上的观测者认为火车的速度为零,因而动量、动能为零。

所以讲,现代物理学认为动量、动能相对于不同的参考系是不守恒的,一个物体具有的动量、能量在不同的观测者看来是不一样的。

我们把以上动量、能量只是在有限范围内才守恒称之为弱守恒,统一场论【百度统一场论6版可以搜到】扩展了动量、能量守恒的范围,认为相互运动的观察者发现一个物体的动量和能量仍然是守恒的,我们把动量、能量这种不随参考系改变的守恒称之为强守恒。

统一场论认为一个物体具有的动量、能量在相互运动的观测者看来数量是一样的,动量、能量对于不同的参考系仍然是守恒的。不同的观察者看到的只是质点运动形式有所不同,而质点总的动量、能量的数量是不变的。

统一场论的基本假设认为:宇宙中任何一个相对于我们观测者静止的质点o点,都不是真正的静止,其周围空间以o点为中心、以光速度C【统一场论认为光速为矢量时其方向可以变化,模不变】辐射式运动。

因而任意一个相对于我们静止的质量为m’的质点o,统一场论认为都有一个静止动量m’C,当o点相对于我们观测者以匀速度V直线运动时候质量为m,相对论和统一场论认为都认为o点周围空间的光速运动在V的方向上不变,但是,在V的垂直方向上,光速率c变成了

√(c²- v²),

写成矢量形式是C - V, 并且C-V和V满足相互垂直的直角三角形函数关系。

以上的统一场论矢量动量公式:

P = m(C-V)

其标量形式为:

p = m’c = mc√(1- v²/c²)

m是o点运动时候的质量。

以上矢量动量方程和标量动量方程是一个普遍的动量方程,相对论和牛顿力学动量公式只是上式中光速等于0的特例。

特别是动量标量方程p = m’c= mc√(1- v²/c²)指出,一个静止质量m’的物体静止时候总的动量m’c和以速度V运动的时候总的动量mc√(1- v²/c²)数量是相等的。

以上反映了动量的强守恒性。

对上式方程p = m’c = mc√(1- v²/c²)

两边乘以光速率c,就是统一场论能量方程:

e = m’c² = mc²√(1- v²/c²)

m’c²为o点的静止能量,这个和相对论的看法一致,mc²√(1- v²/c²)为o点以速度v运动的时候的能量,这个和相对论的看法稍稍不同。

相对论认为o点以速度运动的时候能量为mc²,这样相对论认为o点静止时候的能量m’c²和以速度v运动的时候能量mc²是不一样的。

而统一场论认为,o点以速度v运动的时候能量为mc²√(1- v²/c²)和静止能量m’c²是相等的。

统一场论这种看法表明质点能量的量必须相对于一个确定的观察者才有意义。没有观察者或者不指明那一个观察者,谈论能量是没有意义的。

m’c²是相对于o点静止的观察者测量的,mc²√(1- v²/c²)相对于o点以速度v运动的观察者测量的。而无论那一个观察者都不会测量出o点具有能量mc²。

统一场论强调了不同的观测者,看到了能量有不同的表现形式,而总的能量的数量与观测者无关,这个就是能量强守恒的表述,这种观点应该比相对论的观点要合理一些。

统一场论能量方程和经典力学的动能公式有什么关系呢?

经典力学认为,一个质量为m的质点o点相对于我们观测者以速度V【数量为v】运动时候,在我们观测者看来,具有动能 Ek = 1/2 mv²。

将统一场论能量方程

e = mc²√(1- v²/c²)

中√(1- v²/c²)用级数展开为1- v²/2c²-•••••

略去后面的高次项,

e ≈ mc²- mv²/2

由e = m’c²可知m’c²≈ mc²- mv²/2,

mc²- m’c²≈ mv²/2,

这个表明经典动能是物体以速度v运动的时候引起静止能量发生变化的变化量。

对于光子,相对论和统一场论都认为光子动量为P = mC,光子能量为e = mc²

但是相对论能量方程对光子的动量和能量的来源解释是混乱的,逻辑上讲不通。

而统一场论动量方程和能量方程很容易解释光子的动量和能量。

在统一场论动量方程P = m(C-V)中,当光子静止质量为零,其静止动量也是为零,光子运动动量mV = mC,这个表示光子运动速度达到了光速,。

统一场论能量方程e = mc²√(1- v²/c²)用级数展开为:

e = m’c² = mc²(1- v²/2c²-•••••)

当光子的静止质量为零,静止能量也是为零。光子运动能量 mc²= v²/2c²+•••••),这个表示光子动能为mc²,光子只有运动能量了。

一个相对于我们观测者静止的质点质量为m’,相对论认为有一个静止能量E = m’ c²,意思是指这个质点周围n条几何点的光速的平方,n的大小取决质量m’。

统一场论给出能量的定义:

能量是质点在空间中【或者质点周围空间本身】相对于我们观察者在某个空间范围内运动的运动量。

空间、物质点、观测者、运动四个条件一个都不能少,否则,能量就失去了意义。单独存在着质点,单纯的空间都没有能量,没有观察者,能量也没有意义。

 
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