錢鳳儀

(吉林大學(xué) 研究生院， 吉林 長春 130012)

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對沖電磁場改變空間結(jié)構(gòu)與時(shí)間間隔

錢鳳儀

(吉林大學(xué) 研究生院， 吉林 長春 130012)

根據(jù)同向電流導(dǎo)體形成引力以及萬有引力場形成引力的機(jī)制，設(shè)計(jì)了改變空間結(jié)構(gòu)進(jìn)而改變時(shí)間間隔的實(shí)時(shí)測量系統(tǒng)。對大電流形成的對沖電磁場對空間間隔變慢程度給出了定量計(jì)算。試驗(yàn)結(jié)果，可以用于驗(yàn)證時(shí)間的本質(zhì)，揭示暗物質(zhì)的成因，解釋慣性力和光速不變的成因以及時(shí)間的相對性得以形成的內(nèi)在物理機(jī)制。

電磁場; 空間結(jié)構(gòu); 時(shí)間間隔

0 引 言

時(shí)間的本質(zhì)或形成機(jī)制是什么，不僅是物理學(xué)領(lǐng)域中一個(gè)最基本的問題，也是哲學(xué)領(lǐng)域中最根本的問題。牛頓的絕對時(shí)空觀認(rèn)為，每個(gè)觀察者不論怎么運(yùn)動(dòng)，用什么方法對時(shí)間間隔進(jìn)行測量，結(jié)果都嚴(yán)格相同。愛因斯坦的時(shí)間觀表明，時(shí)間是相對的，不是絕對的?？档略谂ｎD時(shí)空觀的基礎(chǔ)之上創(chuàng)立了以《純粹理性批判》為基礎(chǔ)的客觀唯心主義哲學(xué)體系。大爆炸理論認(rèn)為，宇宙從一個(gè)起點(diǎn)處開始，這也是時(shí)間的起點(diǎn)。當(dāng)今的物理理論延續(xù)采用時(shí)間是連續(xù)的、不間斷的、也沒有量子特性的觀點(diǎn)。但一些至今還沒有被證實(shí)的，試圖將相對論與量子力學(xué)結(jié)合起來的理論，如量子重力理論、弦理論、M理論等，預(yù)言時(shí)間是間斷的、有量子特性的。一些理論猜測普朗克時(shí)間可能是時(shí)間的最小單位。文中設(shè)計(jì)了一套借助對沖電磁場改變時(shí)間間隔的裝備，用于驗(yàn)證不僅大質(zhì)量的星體可以明顯地改變時(shí)間間隔，即使通過對沖的強(qiáng)電磁場也能明顯地改變時(shí)間間隔,對沖電磁場改變的時(shí)間間隔的具體相對變化量給出了計(jì)算數(shù)值,并提供了實(shí)時(shí)測量方法。

1 相對論中的時(shí)間相對性原理

在狹義相對論中，兩個(gè)以速度v運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)系k和k′，如果在k中的時(shí)間間隔為Δt,在k′中的時(shí)間間隔為Δt′，則k和k′之間的時(shí)間間隔關(guān)系[1]為:

(1)

如果上式中，取Δt為任意一個(gè)慣性系中的時(shí)間間隔，也就是原時(shí)Δτ，則式(1)可以寫作

(2)

式中：c----真空中的光速。

式(2)說明，我們在以勻速v運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)系看，它的時(shí)間是減慢了。反過來，我們所處的坐標(biāo)系中的時(shí)間，在運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)系中的觀測者看來，也是減慢的。其中的根本原因在于時(shí)間是空間能量子的混亂度(熵)的倒數(shù)。在有相對運(yùn)動(dòng)的不同坐標(biāo)系中，因?yàn)樵诒舜丝磥?，所對?yīng)的空間混亂度(熵)不同，所以時(shí)間間隔就變得不同。當(dāng)

(3)

則

(4)

因?yàn)楣庾釉诳臻g中的運(yùn)動(dòng)是光量子與空間相互作用的結(jié)果，是一個(gè)統(tǒng)計(jì)速度。當(dāng)光子以光速運(yùn)動(dòng)時(shí)，表明光子所處的坐標(biāo)系的空間混亂度或熵為:

(5)

在廣義相對論中，如果在沒有引力場的平坦空間中的時(shí)間間隔為原時(shí)Δτ，在有引力場的空間中的時(shí)間間隔為Δt′，則有引力場中的時(shí)間間隔在沒有引力場中的、平坦空間的觀測者看來，其時(shí)間間隔變?yōu)?/p>

(6)

式中: G----引力常數(shù);

M----引力源的質(zhì)量;

r----引力場距離引力源的半徑。

在式(6)中，引力場能使時(shí)間間隔減慢。如果引力場滿足

(7)

則由式(6)可知，此時(shí)在引力場中的時(shí)間間隔Δt′在平坦空間中的觀察者看來，為

(8)

式(8)表明，強(qiáng)引力場能使時(shí)間間隔變得無限長，也就是強(qiáng)引力場能使得空間的混亂度(熵)變?yōu)榱?。換而言之，在黑洞附近，時(shí)間間隔被無限拉長，空間的量子效應(yīng)失效了，空間也被完全“凍結(jié)”了。這種空間被“凍結(jié)”的效應(yīng)，就是我們所說的暗物質(zhì)效應(yīng)?？臻g的凍結(jié)導(dǎo)致空間具有質(zhì)量的效應(yīng)。但凍結(jié)的空間畢竟不是有電子、中子、質(zhì)子等靜止質(zhì)量為零基本粒子，所以它是難以用觀測由基本粒子所構(gòu)成的物質(zhì)來探測的。

以上分析表明，時(shí)間就是空間的混亂度或熵的倒數(shù)，時(shí)間來自空間的量子效應(yīng)。

1932年，美國加州工學(xué)院的瑞士天文學(xué)家弗里茲·扎維奇最早提出證據(jù)并推斷暗物質(zhì)的存在。弗里茲·扎維奇觀測螺旋星系旋轉(zhuǎn)速度時(shí)，發(fā)現(xiàn)星系外側(cè)的旋轉(zhuǎn)速度較牛頓重力預(yù)期的快，故推測必有數(shù)量龐大的內(nèi)側(cè)質(zhì)量或能量拉住星系外側(cè)組成，以使其不致因過大的離心力而脫離星系。這個(gè)龐大的質(zhì)能就是后來科學(xué)家命名出來的暗物質(zhì)。宇宙不是專門為牛頓定律和愛因斯坦的廣義相對論所設(shè)計(jì)的。如果現(xiàn)有的物理理論不足以描述宇宙的藍(lán)圖，我們的出路不是讓宇宙符合原有的舊理論，而是讓理論符合宇宙法則，換而言之，就是說不能保守地認(rèn)為宇宙的變化形態(tài)必須符合牛頓和愛因斯坦的理論。事實(shí)恰如愛因斯坦所言，人類不能為自然立法。

2 對沖電磁場導(dǎo)致的時(shí)間減慢效應(yīng)

引力場對光速改變情況如圖1所示。

圖1 引力場對光速改變情況示意圖

由圖1可知，引力場在改變時(shí)間間隔的同時(shí)，也對在引力場傳播的光子的光速產(chǎn)生改變。

由廣義相對論并參照式(6)可知

(9)

式中: c′----沿著引力場徑向傳播的光速;

c----平坦空間中的光速。

兩個(gè)質(zhì)量為m1和m2的物體產(chǎn)生引力場如圖2所示。

圖2 兩個(gè)質(zhì)量為m1和m2的物體產(chǎn)生引力場

兩個(gè)質(zhì)量為m1和m2的物體，其引力場對時(shí)間的改變量并考慮到時(shí)間是標(biāo)量，若沒有引力場的平坦空間的時(shí)間間隔是Δτ，有引力場條件之下的時(shí)間間隔為Δt12，則

(10)

若m1= m2=m,則式(10)變?yōu)?

(11)

由圖2可以看出，兩個(gè)質(zhì)量為m1和m2的物體產(chǎn)生引力場會(huì)對時(shí)間的間隔產(chǎn)生改變，當(dāng)m1和m2不存在時(shí)，Δt12為Δτ，或者當(dāng)m1和m2存在時(shí)，Δτ變?yōu)棣12。

通以同向電流為I的導(dǎo)線L1和L2，如圖3所示。

圖3 通以同向電流為I的導(dǎo)線L1和L2

當(dāng)兩個(gè)導(dǎo)線長度為L通過的電流為I的導(dǎo)線，在圖中的區(qū)域內(nèi)同樣會(huì)對時(shí)間間隔產(chǎn)生改變。按文獻(xiàn)[2]中提出的電磁場對時(shí)間間隔的改變與引力質(zhì)量之間的關(guān)系，則有

(12)

或

(13)

式中：μ0----真空中的磁導(dǎo)率；

G----萬有引力常數(shù)。

如果按圖4設(shè)計(jì)一個(gè)圓柱形繞組，繞組匝數(shù)為N，考慮到電磁場是有旋度的場，單一的通電導(dǎo)體不能改變其附近的時(shí)間間隔，只有在有旋度的場在矢量相反方向疊加時(shí)，才能改變時(shí)間間隔，所以由式(11)和式(13)可得電磁場對時(shí)間間隔的改變量為：

(14)

由于電磁場對時(shí)間間隔的改變量是在空間上非均勻的，因此需要將繞組沿著柱體軸線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，這樣可以獲得在柱體內(nèi)部徑向上的時(shí)間均勻改變量。

由式(14)可知，時(shí)間在有磁場矢量反向抵消的空間內(nèi)與平坦空間內(nèi)的時(shí)間差值為：

(15)

若將兩個(gè)時(shí)鐘A和B放置在沒有磁場矢量反向抵消的空間中，Δτ時(shí)間內(nèi)兩者的誤差為Δtc，將其中一個(gè)時(shí)鐘放入磁場矢量反向抵消的空間中，按照以上的理論能夠獲得的時(shí)鐘A和B的時(shí)間差值為:

(16)

3 對設(shè)計(jì)的時(shí)間減慢系統(tǒng)的時(shí)間改變量的數(shù)值計(jì)算

電流輸出系統(tǒng)及時(shí)間改變量測量方法如圖4所示。

圖4 電磁場改變時(shí)空結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)測量原理圖

繞組用銅線，在有冷卻的條件下可通過的電流為20A/mm2。式(15)由泰勒展開，并忽略高階小量，可得

(17)

其中

(18)

(19)

一年之內(nèi)的時(shí)間間隔約為

(20)

設(shè)計(jì)時(shí)保證

(21)

將式(20)代入式(19)可得相互對沖的電磁場在一年時(shí)間之內(nèi)對時(shí)間的改變量為

(22)

式(22)的數(shù)值在目前的技術(shù)上是可測量的。若導(dǎo)體采用超導(dǎo)體，減慢的時(shí)間量會(huì)變得更容易測量[3-4]。

4 時(shí)間減慢系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造

由于繞組電阻較小，因此，采用高低壓變壓器可以保證繞組產(chǎn)生較大的電流。

磁場改變時(shí)空結(jié)構(gòu)繞組構(gòu)成原理圖如圖5所示(即圖4的剖面結(jié)構(gòu)圖)。

圖5 磁場改變時(shí)空結(jié)構(gòu)繞組構(gòu)成原理圖

利用低壓變壓器產(chǎn)生可調(diào)節(jié)的大電流。繞組內(nèi)部設(shè)計(jì)有制冷系統(tǒng)，防止導(dǎo)致繞組過熱損壞。為了加強(qiáng)對沖磁場強(qiáng)度，繞組繞在矽鋼片上。時(shí)間改變量的測量方式是，選用兩個(gè)精度高于10-4ms的微型原子鐘A和B。將A做為參照原子鐘，B作為測量原子鐘。A和B在平坦空間內(nèi)的時(shí)間差值δtN，由式(16)及式(22)就可以獲得時(shí)鐘A和B的時(shí)間差值δ(Δτ)的具體測量值。

5 結(jié) 語

提供的理論和實(shí)驗(yàn)方法能驗(yàn)證時(shí)間是空間的熵效應(yīng)，能為“暗物質(zhì)是空間的凍結(jié)”這一理論上推斷提供實(shí)驗(yàn)上的依據(jù)，也能從心理學(xué)和認(rèn)識(shí)論角度解釋時(shí)間為什么具有相對性(不同空間中的熵不同，對應(yīng)的時(shí)間間隔自然不會(huì)相同)。通過否定“牛頓時(shí)間觀也就是時(shí)間的均勻流動(dòng)性”，可以為否定康德哲學(xué)中的“二律背反”的成立基礎(chǔ)提供實(shí)驗(yàn)證據(jù)。文中指出，時(shí)間與空間的混亂度是等價(jià)的，這就說明空間是量子化的，物質(zhì)的慣性因此是統(tǒng)計(jì)的結(jié)果，而量子世界里，只有統(tǒng)計(jì)上的慣性，沒有絕對意義上的慣性。時(shí)間間隔的可變性表明，光速不是恒定的不變，只是在統(tǒng)計(jì)上是一個(gè)不變量，光速不變是由于運(yùn)動(dòng)的光子在觀測者看來它的時(shí)間間隔變?yōu)闊o限大所導(dǎo)致的。

[1] 吳大猷.相對論[M].北京.科學(xué)出版社,1983.

[2] 錢鳳儀.相互作用原理[M].長春.吉林科技出版社,1999.

[3] 蔡圣善，朱耘，徐建軍.電動(dòng)力學(xué)[M].北京:高等教育出版社,2004.

[4] 井孝功.量子力學(xué)[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,1984.

Space structure and time interval changed with contrary direction electromagnetic field

QIAN Fengyi

(Graduate School, Jilin University, Changchun 130012, China)

According to the mechanism of same-direction-current conductor electromagnetic force and gravitational force, a special system is designed to change the space-time structure and the time interval. The results may be used to verify the time essence, explain the dark matter, reason of inertial force and unchanged of the light speed, and physical mechanism of time relativity.

electromagnetic field; space structure; time interval.

2017-03-15

錢鳳儀(1960-)，男，漢族，吉林長春人，研究員，主要從事理論物理、西方哲學(xué)、中國哲學(xué)、自動(dòng)化儀器設(shè)備方向研究,E-mail:qian_fengyi@163.com.

10.15923/j.cnki.cn22-1382/t.2017.3.17

O 412

A

1674-1374(2017)03-0308-05