白臨武

北京航天自動控制研究所，北京100854

基于相對論、量子論、基本粒子理論和在空間有時觀測到的某些異常現(xiàn)象，我們認(rèn)為宇宙空間除去可見物質(zhì)客體外，還應(yīng)存在具有質(zhì)量的物性客體，這里說的物性客體就是某些科學(xué)家說的暗物質(zhì)，而且暗物質(zhì)的最基本成員暗粒子dm 在宇宙空間個個都是全方位與其相鄰者自行結(jié)合，因而暗物質(zhì)在宇宙空間就是一個與宇宙虛空空間完全一致，并滲透進(jìn)所有物質(zhì)客體深層次之中的、穩(wěn)定連續(xù)的、相對均勻的整體，我們稱其為暗物質(zhì)群體(DMG)。宇宙空間無限，物質(zhì)客體在宇宙空間宇觀范圍內(nèi)，又是相對均勻分布。所以在宇宙空間任意一點(diǎn)，一定都有暗物質(zhì)的引力存在，但暗物質(zhì)群體在該點(diǎn)的引力強(qiáng)度則始終等于0［1］。

處于常態(tài)的暗物質(zhì)，不論其對內(nèi)，還是對外，都不顯示其引力效應(yīng)，即便是向人類提供。宇宙空間有暗物質(zhì)存在信息的Mm0－0其引力效應(yīng)，也僅可在某些特定的條件下，才可有限的顯示其引力，因而我們把暗物質(zhì)空間密度定義為:單位體積內(nèi)包含的暗粒子dm 的個數(shù)。

1 概念與符號［2］

1)暗物質(zhì)

自由空間密度 Ddm0

引力空間密度 Ddma

彈性系數(shù) h

剪切模量 H

2)空間引力強(qiáng)度 ga

物質(zhì)客體光學(xué)質(zhì)量 M0

物質(zhì)客體引力半徑 r

Ddma與Ddm0關(guān)系式［3］

物質(zhì)客體A 以引力聚集暗物質(zhì)圍繞自身的數(shù)量用Mm－0表示:

2 電磁波空間傳播

宇宙空間是暗物質(zhì)群體的空間［4］，宇宙萬物的行為理應(yīng)受到空間的制約，制約的實(shí)施者是暗粒子dm，而且它們對宇宙萬物的制約與物質(zhì)客體引力場對客體作用等效，也就是說對處于同一空間范圍內(nèi)的客體是一視同仁的，即客體遭受到的制約力度與其化學(xué)成分、幾何元素和所含質(zhì)量多少無關(guān)，這就提醒我們討論電磁波問題時，不僅要注意電磁波運(yùn)行空間的物理環(huán)境，把時空看成一個有機(jī)整體，更重要的是電磁波涉及到的兩個參數(shù)必須同時取自同一時空，否則所觀測的結(jié)果就與電磁波傳播實(shí)況不符，甚至可看到違反理論的現(xiàn)象。

2.1 自由時空

自由時空，就是在其涉及到的空間范圍內(nèi)不存在對處于自由態(tài)暗物質(zhì)的干擾因素，或者說，其中暗物質(zhì)密度始終保持Ddm0。

自由時空中電磁波的空間傳播速度C0由下式表達(dá):

C0是電磁波相對密度為Ddm0暗物質(zhì)的傳播速度，顯然C0始終不變。

根據(jù)速度的定義

如把|C0|視為空間的度量單位，T0就是時間度量單位。T0的物理意義是電磁波在自由時空中行程為|C0|時，相應(yīng)的時間流逝為T0。

宇宙空間是以自由時空為主。而Ddm0又是暗物質(zhì)在宇宙空間的最小密度。故|C0|在宇宙空間既為常數(shù)，也是電磁波在宇宙空間的最大單位行程。對于|C0|與T0我們稱宇宙空間時空最基度量標(biāo)準(zhǔn)單位。

2.2 引力時空

引力時空，即其涉及的空間范圍內(nèi)存在引力場，其中暗物質(zhì)的密度受引力作用由Ddm0升至Ddma。電磁波相對密度為Ddma的暗物質(zhì)傳播速度Ca為:

2.2.1 立足于自由時空

把式(1)代入式(5)

進(jìn)而有

對式(6)的說明:

1)如把引力時空視為自由時空的特殊部分，就用了相對性原理，式(6)說明了電磁波是隱形傳播的;

2)電磁波的空間速度是相關(guān)空間范圍內(nèi)引力強(qiáng)度的函數(shù)，其取值區(qū)間為(0，C0］;

3)電磁波空間速度可變，這正好與我們看到的電磁波在水或剝離中傳播的實(shí)況相符，而且后面也有早在上世紀(jì)50年代看到的相關(guān)事實(shí);

4)|Ca|是電磁波在引力時空中運(yùn)行時，對應(yīng)T0的單位行程，|Ca|是|C0|的倍。

5)注意:

它可能破解2個困惑我們的重要概念:黑洞與核力。

2.2.2 立足于引力時空

式(6)表明電磁波空間速度可變，而下面推導(dǎo)的愛因斯坦光速不變原理的數(shù)學(xué)表達(dá)式則說明:在空間任意一點(diǎn)測量經(jīng)過該點(diǎn)的電磁波速度時，得到的結(jié)果始終是C0。

1)引力時空中度量單位

令

在引力時空中Ta對應(yīng)于自由時空中的T0，因而Ta是該時空的時間度量單位，|Ca|就是該時空的空間度量單位。

2)光速不變原理數(shù)學(xué)表達(dá)式

如果電磁波在該時空中經(jīng)過某一距離La，而電磁波經(jīng)過La的流逝時間ta由下式表達(dá):

把式(10)的Ca代入式(11)

ta是計時器顯示的數(shù)字;Ta是時間單位，對La的度量，以|Ca|為單位。

式(12)即愛因斯坦光速不變原理的數(shù)學(xué)表達(dá)式。

2.2.3 對式(12)的說明

1)具有物性基礎(chǔ)

宇宙空間是暗物質(zhì)群體的空間，電磁波在這樣的空間內(nèi)行走，它們呈有處處可借助的媒體，也不存在不可逾越的溝壑，但是它們時時遭受來自空間的制約，制約力度又是隨著電磁波接觸到的暗粒子數(shù)的增加而上升，所以電磁波在空間雖然可到達(dá)任何要去的地方，但也必須因受制約而相應(yīng)放慢其運(yùn)行速度。

2)具有理論依據(jù)

宇宙空間對其中萬物的制約作用，與物質(zhì)引力對有關(guān)客體的作用一樣，因而，我們說愛因斯坦強(qiáng)等效原理是式(12)成立的理論之一。另一個理論是數(shù)學(xué)方面的，即對一個分?jǐn)?shù)式的分子與分母同乘一個數(shù)后，其值不變。

3)式(12)成立的必要條件

時空的整體性必須時時受到保護(hù)，也就是式(12)使用的時間與空間2個參數(shù)必須同時取自同一個時空，只有這樣，麥克斯韋方程才可在任何時空成立。

4)有關(guān)的實(shí)驗(yàn)

邁克爾遜—莫雷實(shí)驗(yàn)測量的是電磁波空間速度，而不是測試空間有無“以太”(暗物質(zhì))存在。因而實(shí)驗(yàn)結(jié)果只能說明愛因斯坦光速不變原理正確與否，不能作為判決暗物質(zhì)空間存在與否的法律依據(jù)。

5)式(12)源于式(7)，式(7)源于式(3)，從式(3)到式(12)，我們僅作了簡單的數(shù)學(xué)演算，實(shí)際上三者應(yīng)無矛盾，式(3)決定了C0的物理意義，而式(12)是觀測者在電磁波運(yùn)行的時空內(nèi)觀測到的電磁波的傳播速度，它從數(shù)學(xué)上證明了愛因斯坦強(qiáng)等效原理和時空具有整體性，式(7)是自由時空觀測電磁波在引力時空中的運(yùn)行，正因?yàn)槿绱?，電磁波空間傳播的真實(shí)機(jī)制才得以呈現(xiàn)，而這也使我們體會到愛因斯坦和波爾兩人的學(xué)生惠勒的話“物質(zhì)使空間彎曲，而空間給物質(zhì)下達(dá)了前進(jìn)的命令”［6］的確是廣義相對論的真髓。顯然，式(7)的含義也正好與惠勒的話一致。

6)式(12)不只屬于電磁的空間傳播，對宇宙萬物來說，只要其在自由時空中獲得的速度VT－S0，代替式(12)中的C0，任何一個客體，在任意的時空中運(yùn)行都可使用式(12)。

3 速度時空

在自由時空中，如某一空間范圍以速度V、相對密度為Ddmo的暗物質(zhì)運(yùn)動，顯然這一空間范圍就相當(dāng)于在自由時空中劃出的一個特殊的時空，對于這種由于空間范圍具有速度V 形成的時空我們稱其為速度時空，它們與引力時空等效，在引力時空中電磁波的空間速度Ca確定于Ddma，而在速度時空中，電磁波的空間速度Cv也應(yīng)確定于速度時空的暗物質(zhì)密度Ddmv，可以想象到Ddmv應(yīng)由式(13)表示:

Ddmv為速度時空中暗物質(zhì)空間相當(dāng)密度。Cv則由式(14)表示:

為使式(14)和式(15)與式(16)和式(9)對稱，用中的ε0與μ0代替C0

μ0為真空磁率，ε0為真空電介常數(shù)。從式(16)及式(17)可看出麥克斯韋電磁也應(yīng)具有物性基礎(chǔ)。另外，我們也給出與式(12)相應(yīng)的表達(dá)式

4 時空變換方程

討論這一問題至少涉及2個不同的時空，我們就以太陽與地球促成的2個時空為例:

太陽時空s Tas|Cas|

地球時空e Tae|Cae|

(1)對應(yīng)單位變換

1)時間

根據(jù)式(9)

2)空間

根據(jù)式(7)

3)討論與分析

①從式(19)和式(20)可知，對任意2個不同的時空，不論它們因引力不同，還是因兩者相對自由時空中暗物質(zhì)運(yùn)動速度差異，如果把2 臺相同的時鐘調(diào)準(zhǔn)分別放到2個時空中，或者使電磁波在它們之中運(yùn)行，2個時空中的觀測者肯定都說對方的時間流逝和電磁波的傳播速度與己不同。

②他們的觀測結(jié)論與客觀相符，即宇宙空間的統(tǒng)治(暗物質(zhì)群體)是授予時空的權(quán)限所致，另外時空之差異是其中暗粒子數(shù)的不同，因而不論自由時空還是引力時空或速度時空，它們之中都是暗物質(zhì)群體的天下，自然在一個時空中可用的描述宇宙萬物的科學(xué)規(guī)律，在其它時空中也可使用。

③不同時空可以溝通，即不同時空間物理量可以取得一致，它們的標(biāo)準(zhǔn)單位是固有的|C0|與T0。而不像地球上有24個時區(qū)，人為的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)時。

(2)2個時空的變換

根據(jù)式(12)

1)時間

2)空間

根據(jù)式(21)和式(22)，對于時空s 中的觀測者來說，他們的時間是時空e 時間與空間的混合，他們的空間是時空e 空間與時間的混合，而對時空e，其中觀測者的時間與空間相對時空s 來說與時空s 相對時空e 一樣。

5 在電磁波運(yùn)行時空外，觀測到的電磁波空間速度

狹義相對論基礎(chǔ)之一:光速不變原理，既有實(shí)驗(yàn)支持，而且最近也找到其數(shù)學(xué)表達(dá)式，據(jù)我們推導(dǎo)這一數(shù)學(xué)式的體會，對于光速不變原理，不能只有一個肯定的或否定的結(jié)論說原理對與錯，它的確符合客觀規(guī)律，原理是速度概念的相關(guān)數(shù)學(xué)邏輯和宇宙空間具有的統(tǒng)一物性及愛因斯坦強(qiáng)等效原理，三者聯(lián)合促成的必然結(jié)果，如說它不對，原理實(shí)際上隱匿了電磁波空間速度的2個參數(shù):電磁波空間行程和相應(yīng)時間隨時空變化的實(shí)況。另外，宇宙萬物在任何一個時空中遭受到時空中暗物質(zhì)的制約是個個平權(quán)［5］，也正因?yàn)檫@樣，宇宙萬物在自由時空中確立的它們之間的相對關(guān)系才不隨時空更換變化，而這也正是愛因斯坦光速不變原理成立的基礎(chǔ)。

如果觀測者與電磁波運(yùn)行不在同一個時空中，則光速不變原理賦予電磁波空間傳播穿的隱形外衣應(yīng)即刻失效，而電磁波空間傳播的實(shí)況也就大白天下，為證明這一事實(shí)給出如下的試驗(yàn)。

5.1 試驗(yàn)框架

1)在時空e 與時空s 中選取相同的距離Les;

2)2個時空相互向?qū)Ψ桨l(fā)出電磁波并即時接收返回波;

3)2個時空都記錄電磁波往返Les上的時間。

顯然，

4)2個時空間的時間差

時空e

時空s

于是

因而，時空e 的觀測者看到電磁波往返于時空中Les上時出現(xiàn)時間延遲［7］，相反時空s 的觀測者看到電磁波往返于時空e 中Les上時出現(xiàn)時間超前。

5.2 電磁波空間傳播速度變化的具體試驗(yàn)

地球至太陽的距離Aμ太陽表面附近直徑為d，在太陽另一側(cè)秋分點(diǎn)或者春分點(diǎn)附近向地球發(fā)射電磁波并在地面接收發(fā)射來的電磁波，則有如下方程:

tae來自計算，而taes則來自實(shí)際測量。早在上世紀(jì)50年代，人們已發(fā)現(xiàn)Δtaes＜O，也就是說電磁波經(jīng)過太陽表面附近空間后出現(xiàn)時間延遲。

5.3 贗超光速

設(shè)在時空e 有某路程Les，對時空s 來說

首先有

進(jìn)而有

如時空s 中的觀測者看電磁波在時空e 中Les上運(yùn)行，并用時空s 中的時鐘計時

則

把tase代以式(27)

而

故

對一個了解牛頓力學(xué)的人，他看到一個人在月球上輕輕一跳，就越過了3m 的高度，但他絕不會相信這個人同樣在地球上一跳也達(dá)到3m 的高度。如果Cse是處于時空s 中的觀測者把電磁波在時空e 路程Les和該時空中時鐘記錄的電磁波在Les上的運(yùn)行時間taes主觀撮合的結(jié)果，那么，在時空e 中，電磁波在Les的速度將超過光速C0，因此，對于由式(28)得到的Cse，我們稱贗超光速。

6 引力時空中的折射現(xiàn)象

根據(jù)式(1)可知，暗物質(zhì)圍繞星體密度的分布應(yīng)當(dāng)是同一等勢面上密度相等沿星體引力半徑由里向外遞減，因而電磁波一旦進(jìn)入星體引力范圍，不僅要發(fā)生路徑折射，而且可用折射定律的數(shù)學(xué)式表達(dá):

式(32)中雖然具有變數(shù)。但我們認(rèn)為進(jìn)入星體引力范圍內(nèi)的電磁波路徑發(fā)生彎曲，并不是星體引力的直接作用，而是電磁波進(jìn)入星體引力范圍內(nèi)遇到暗物質(zhì)，空間密度規(guī)則變化出現(xiàn)的一種正常折射效應(yīng)，這里星體引力作用僅僅是促使暗物質(zhì)圍繞星體聚集為電磁波折射創(chuàng)立了必要的條件。

7 對2011年9月23日歐洲核子研究所公布的超光速中微子的認(rèn)識

2011年9月23日歐洲核子研究所公布:中微子的運(yùn)行速度可能超過了光速(C0)。自那時起，又刮起質(zhì)疑相對論的風(fēng)，而且至今尚未平息，對于這問題，我們很難明確說明超光速中微子是在由日內(nèi)瓦到格蘭薩索的途中何地出現(xiàn)的，但可以肯定的說，那些中微子運(yùn)行的時空與觀測者所在時空不屬于相同的時空所致，也就是說被公布的超光速中微子是2個不同時空供給參數(shù)促成的贗超光速中微子，并且還應(yīng)指出中微子由日內(nèi)瓦至格蘭薩索途中似乎有類似管道中心線的一段路程，否則被觀測到的中微子就不可能具有概率性。

“超”光速中微子不僅可以出現(xiàn)在歐洲核子研究場所，對于那些把實(shí)驗(yàn)精度推進(jìn)到納秒范圍內(nèi)的地方都可出現(xiàn)這種情況，尤其當(dāng)把精度再提高到皮秒甚至飛秒范圍時更應(yīng)出現(xiàn)，因?yàn)樵绞翘岣呔仍酱偈箷r空的個性膨脹，即要求對促成時空的因素須準(zhǔn)確把握，對引力時空來說就是要求ga具有極高的均勻性，否則就不可能確保式(13)兩個參數(shù)的同地、同時性，否則式(13)給出的結(jié)果將成為異?，F(xiàn)象。

［1］白臨武，王永平. 試用暗物質(zhì)理論解釋慣性和慣性力的物理機(jī)制［J］. 航天控制，2011，29(5):90-95. (BAI Linwu，WANG Yongping. The Analysis of Dark Matter Principle for the Formation of Inertial Physics Mechanism and Inertial Force Physics Mechanism［J］. Aerospace Control，2011，29(5):90-95.)

［2］白臨武“先驅(qū)者”軌道異常分析［J］. 航天控制，2002，20(2):75-80.

［3］助哈勃望遠(yuǎn)鏡和計算機(jī)模擬技術(shù)首次繪制出宇宙暗物質(zhì)分布圖［N］.科技日報，2005，12，12.

［4］白臨武，王永平. 論廣義相對論以太［J］. 航天控制，2003，21(4):72-76.

［5］科學(xué)出版社名研室合編. 物理學(xué)詞典［M］. 科學(xué)出版社，1988.

［6］丹尼斯·奧弗比.環(huán)宇弧心［M］.中信出版社，2002，2:107.

［7］P.M.貢德哈勒卡布若.抓住引力［M］.孫洪，譯.中國青年出版社，2007，1:224.