从经典力学推导质量公式
从经典力学推导质量公式
郑州大学 刘三同 刘云柱
HP:13949590050,QQ: 1980888589,Eml:lyz-gyl@163.com
提要：人们一直以为相对论和经典力学是矛盾的，本理论仅从时空的立体性出发，同样推导出相对质量公式和质能公式。这说明，相对论与经典力学仍是统一的。
关键词：理论物理学
质量公式
导语：本文中所有的观点不可能完全正确，但希望不会影响本文发表。上个世纪，爱因斯坦作为专利局的一名普通文员，发表了相对论，导出了诸如双生佯谬、时间曲缩等看似荒诞的理论，但却使物理学向前推进一大步；普朗克虽然正确地导出一个量子常数，由此而形成的量子电动力学虽然也已很成功，但仍不能使四力统一；薛定锷虽然发现了粒子波动方程，但他却将振幅平方错误地猜测为电子密度，进而推导出一系列错误理论，数年后才被一一纠正。但他们的论文都顺利发表了，这些小错误丝毫没有影响他们对物理学的巨大贡献和后人对他们的敬慕！
共同营造一个良好的学术环境吧，物理学新一轮革命，希望在中国打响这第一枪！欢迎交流。
刘三同，刘云柱，陈书章 2011年12月5日
无数的事实已经证明，磁涡旋能够产生静质量，我们用v表示某磁场的平移速，或者称粒子的进动速度，vo表示磁场自旋速度，自旋频率f，则因真空中光速极限性，c2=v2+vo2。在旋面外侧表现出静质量mO=Mf,此处M=h/c2=7.37*10-51kg为质量子常数，表示每Hz磁振荡所产生的质量数为M千克。设粒子半径为r，波长λ，则r=λ/2π，动量P=h/λ，粒子运动质量m=P/c=Mf=h/c2πr，静质量mo=Mvo/2πr，vo=√（c2-v2）代入即得m=mO/√（1-v2/c2），这就是相对质量公式；静质量mO=m√（1-v2/c2），这就是绝对质量公式。相对质量是指，某速态下粒子所具有的相对动量质量，也称为动质量，动质量有单一的方向性，且不是持续的。而绝对质量指，某速态下粒子表现为多大的自旋质量，也称静质量，静质量在旋面上指向四周，是可持续的。一个直行光子没有曲缩，那么它的速度就是光速，就没有任何静质量，只有动质量m=Mf，并且质量方向总向前，也称冲量（在SS单位制中，冲量和质量是等效的）；相反，当观测点与光子同速度飞行时，光子的静质量mO=Mf，成为一个静质量粒子，没有动质量。
实际上，两个公式是等效的，如果我们的运动系与某运动粒子同步，并以此为静止状态，则原静止粒子相对我们会存在运动，mO和m的关系将会互换：mO=m/√（1-v2/c2），变形为m=mO√（1-v2/c2），即当我们以运动态为静止态观测时，原静质量mO成为运动态质量m，同步运动态质量m反而变为静质量mO，这正是绝对质量公式。在大自然中，因为量都是相对的，任何运动系也都是相对的，以原来的运动系为静止系，一切推导同样正确，也就是说这种相对关系就算是倒置了，结果也完全正确。
我们看到，即便是没有洛仑兹变换，用牛顿力学和经典时空观去推导，同样能得到相对论修正因子√（1-v2/c2）和爱因斯坦相对质量公式，这说明光的绝对速度论与光的相对速度论都是正确的。从相对论的观点看，质量的相对性是由空间的洛仑兹变换导致的，但从绝对光速理论看，这是由经典空间的立体性和相对运动造成的。仅仅是因为在时间和空间上我们都无法设定参照系，从而无法测定时空的绝对变量，认为时空是硬性三维加时间维（称为经典时空观），或者认为时空是可拉伸的四维（也称闵可夫斯基时空观），都是正确的，但经典时空观更为直观。
洛仑兹变换是荷兰物理学家图恩·洛仑兹为了说明“以太”的存在而假设的，洛仑兹称，如果空间中有一种类似以太的物质存在，要想满足光速在各惯性系中是不变的，必须符合一种变换，就是洛仑兹变换。洛仑兹变换下，光的绝对速度学说是正确的，光速相对学说也是正确的。后来，爱因斯坦证明了，无论有没有以太存在，不同运动系中光速不变性都能在洛仑兹变换下成立。但如果我们仍沿用经典的时空观，并且承认空间可申缩性，而严格要求时间是单向不可缩的，这样不但避开了双生佯谬和钟慢效应，同时能够使各物理定理成立。但是我们必须明白，空间曲缩性，是相对运动造成的一种错觉。
但无论时空如何变化或曲缩，时空中的各种效应只能通过感知频率引起，比如我们观测光波时，不管是观测者在移动，还是光源在移动，只要每秒接收到f个磁周期，频率就是f。各种效应和质量也只与频率有关，所谓的相对质量公式，就是光波频移公式的变形。如图7-2，从SP线右方观测S点的运动质量，比如从K点观测，就会比实际值大，而从SP线左侧观测就会变小，界线倾角为θ=arcsin(v/2c)。从这里也可以看出，物体间的相对速度极限应该是2c，而只有相对真空的绝对速度是c。我们很容易推算出，在速度的垂线SK上观测，得到的磁波频率会变大，为光源频率的1/√（1-v2/
c2）倍（这与爱因斯坦用洛仑兹变换推导的正好相反，因为量都是相对的，这同样是正确的），是正前方频率的√[（c+v）/（c-v）]倍，是正后方频率的√[（c-v）/（c+v）]倍，这就是横向多普勒效应，1/√（1-v2/
c2）也成了相对论修正因子。但这个因子仅限光源从O点到S点时近似有效，当K点移至垂线SK左侧时，就不再是这个变换因数，即这只是垂直方向的瞬时质量，而观测点与光源运动夹角也将是变化的，除非光源做圆周运动，或者是运动方向与观测点在同一直线上。
因此，如果光源和观测点都运动，频移公式近似为：
f=f0√[（c2-v2）（c-vcosθ）（c+vscosθ）/（c2-vs2）（c+vcosθ）(c-vscosθ）]，式中f0为波源本频，f为观测频率，v为观测器速度，vs光源速度，θ为观测点与光源运动方向夹角。我们称该式为经典物理通用频移公式，因为这个公式适用于任何波，只需要将光速常数调换成对应的波速即可。
如果光源运动而观测点不动，频移公式近似为（速度为向量）：
f=f0√[（c+vscosθ）/（c-vscosθ）（1-vs2/ c2）]，粒子的质量m=Mf，当θ=π/2，m=Mf0/√（1-vs2/ c2）为相对质量公式，上面已经证明，该公式等效于m0=Mf√（1-vs2/ c2）。当θ=0，m=Mf0c/（c-vs）为低速下多普勒频移正前方观测质量，任何速度下都成立，包括水波中，而不是象洛仑兹变换推导的那样，只有低速下才回到多普勒频移。当θ=π，m=Mf0c/（c+vs）为正后方观测质量。
如果光源不动而观测点运动，频移公式近似为：f=f0√[（1-v2/
c2）（c-vcosθ）/（c+vcosθ）]，当θ=π/2时，m=Mf0√（1-v2/
c2）为横向频移质量，这与洛仑兹变换推导的结果一致。当θ=0时，m=Mf0(c-v）/c为正前方观测质量（速度可为负值）。当θ=π，m=Mf0（c+v）/c为正后方观测质量，其实，如果观测点在光源的正前方且是远离而去，是不可能观测到光源后方的质量的，这只能是理论上的频移公式，仍不是很严格，故称近似公式。
当光源与观测点速度相同（方向也完全相同），m=Mf0。当θ=0时，f=f0（c-v）/ (c-vs）为正前方频率（速度为向量，v方向向左时取负号）。当θ=π，f=f0（c+v）/ (c+vs）为正后方频率，这与多普勒公式相一致。因为实际中观测角是不停地变化的，这个公式也只能是近似，这种表达并不是很严格。从上式也能看出，无论哪个角度观测，只要光源与观测点速度相同（方向也完全相同），频率都不会变化，表现为在同一运动系中，所观测的静质量恒定。
同一惯性系中，把E=fh,M=h/c2代入m=Mf得：E=fh=mc2。这说明，如果我们正确考虑到空间的立体性，以及正确考虑磁频率的频移效应，经典力学和相对论将是完全统一的。只所以有一点混乱，仅仅是因为绝对空间没有参考系造成。
参考文献：
1、《费曼物理学讲议》作者：R.P费曼，R.B莱登，M.桑兹，上海科技出版社出版，FTP电子版，1989.12（1）；
2、《时间简史》作者：史蒂芬.霍金，翻译：许明贤，吴忠超，湖南科技出版社出版，18-98-204；
3、《物理学简史》作者：张轩中，网络电子版；
4、《相对论导引》作者：赵展岳，清华大学出版社出版，2002.8；
5、《大学物理（第二版）》主编：屠庆铭，高等教育出版社出版，2006.12；
从经典力学推导质量公式
No comments:
Post a Comment