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可以證明:萬有引力常量G確實(shí)是變量  科學(xué)探索系列18

  萬有引力公式    F1=GMm/r2                          (1)

  G是萬有引力常量,Mm是兩物體的質(zhì)量,r是兩物體中心的間距。

  向心力公式     F2=mv2/r                (2)  

  當(dāng) F1= F2 時(shí),  G=v2r/M                 (3)

 ?。?span style="FONT-FAMILY: Tahoma, sans-serif">3)式中,V是環(huán)繞天體速度,r是環(huán)繞天體半徑,M是中心天體質(zhì)量。G是常量的意義就是,茫茫宇宙中 v2r/M  這個(gè)比值永遠(yuǎn)是固定不變的。要證明G是變量,就是對(duì)這個(gè)比值不變證偽。

  但是用太陽系的已知數(shù)據(jù)驗(yàn)算  v2r/M 明顯是“路旁苦李”,因?yàn)檫@些數(shù)據(jù)本來就是根據(jù)固定G值推算出來的,千萬人驗(yàn)證過的游戲。但是千萬人相信的未必就是真理,太陽系未必不能證明G是變量。

  這樣的契機(jī)出現(xiàn)在一些變化中。筆者的一項(xiàng)研究(重力的定義)表明,地球自轉(zhuǎn)加快,月亮受到的重力變大,是月亮“漸離地球”的原因之一。如圖,地球?qū)υ虑虻娜f有引力是A,在地球自轉(zhuǎn)過程中,“來”的一側(cè)受到削弱,“去”的一側(cè)受到加強(qiáng),月球?qū)嶋H受到的重力B,一定偏向地球東側(cè)。力的作用是相互的,所以地球上的潮汐總是偏向軸心連線東側(cè)。


  如圖所示,重力B大于萬有引力A,是萬有引力A與地球自轉(zhuǎn)施加給月球的“慣性力”C的合力。在地球自轉(zhuǎn)加快的時(shí)候,月球受到的重力同時(shí)加大,相當(dāng)于對(duì)于地球的勢(shì)能加大,動(dòng)能就要減少,在宇宙背景中動(dòng)能減小以后,一定要在對(duì)地球的勢(shì)能“找補(bǔ)”回來 ,月球就要躍遷到更遠(yuǎn)的軌道,直到達(dá)成新的平衡。

  如果沒有這個(gè)月球,另一個(gè)月球運(yùn)行在原來的軌道上……只要不限制它的速度,那么這種情況是允許存在的。因?yàn)榘霃讲蛔兊窍蛐牧?span style="FONT-FAMILY: Tahoma, sans-serif">B比前者更大,根據(jù)向心力公式(2) 可知這個(gè)月球的公轉(zhuǎn)速度更大。在 (3)式中,中心天體M不變,半徑r不變,環(huán)繞速度變大,表示G值變大!

  不考慮(太陽引力、月球進(jìn)動(dòng)等)干擾因素的前提下,月球可視為運(yùn)行在重力等位面。月球受到的重力加大,躍遷到更遠(yuǎn)的軌道,因?yàn)榻莿?dòng)量守恒速度同時(shí)變小。根據(jù)萬有引力公式(1) 引力不變的前提下,半徑越小G值越小。由此可證:距離中心天體越遠(yuǎn)G值越大(近小遠(yuǎn)大)!

  月亮一例不是孤證。近年人們發(fā)現(xiàn)人造衛(wèi)星有加快的跡象,根據(jù)公式(2),其實(shí)就是重力(向心力)變大了,衛(wèi)星被人工手段控制在原來的軌道上,只能加快公轉(zhuǎn)。代入(1)式說明G值變大了,沒有其他解釋。

  為了讓頑固派心服口服,為了研究G的更多性質(zhì),筆者再舉一例:

  假設(shè)在某個(gè)“平行宇宙”中,有一對(duì)中心天體和環(huán)繞天體的組合,如圖1


  中心天體質(zhì)量是M,環(huán)繞天體質(zhì)量是m,環(huán)繞半徑是r,環(huán)繞速度是v,環(huán)繞天體軌道A是一個(gè)正圓。如果用一個(gè)恒星群均勻的包圍圖1組合,勢(shì)必產(chǎn)生下列變化,如圖2


  環(huán)繞天體受到中心天體的引力被削弱,相當(dāng)于對(duì)于中心天體的勢(shì)能減小,動(dòng)能就要增加,在宇宙背景中的動(dòng)能增加,相對(duì)中心天體的勢(shì)能勢(shì)必再次變小,結(jié)果就是半徑縮短公轉(zhuǎn)速度加快。環(huán)繞天體既符合角動(dòng)量守恒定律,又保持了固有的能量。



  如果圖3的環(huán)境中本來就有一對(duì)圖1的組合,中心天體質(zhì)量M(不變),環(huán)繞天體質(zhì)量m(不變),環(huán)繞半徑r不變,關(guān)鍵的區(qū)別是:這時(shí)候環(huán)繞天體公轉(zhuǎn)所需向心力等于中心天體引力減去恒星群引力,一定小于圖1中的向心力,根據(jù)公式(2),圖3的公轉(zhuǎn)速度一定小于圖1的公轉(zhuǎn)速度,代入(3)式,那么這個(gè)環(huán)境的G小于圖1中的G 。同樣步驟可證明:外界(恒星群)引力越大G越小。




  如果來自恒星群某個(gè)方向的引力偏大,如圖4,環(huán)繞天體的運(yùn)動(dòng)就會(huì)變成“圓周運(yùn)動(dòng)+鐘擺運(yùn)動(dòng)”,構(gòu)成一個(gè)橢圓軌道。因?yàn)榄h(huán)繞天體能量不變,所以又有固定的周期。說到這里,讀者是不是有熟悉的感覺?

       話說(圖4中)m星球已經(jīng)具備了相當(dāng)于地球的文明,百年前一個(gè)叫“馬躍”的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了“萬有引力定律”,一個(gè)在我們看來相當(dāng)陌生的G值,已經(jīng)以“科學(xué)”的名義出現(xiàn)在課本中。因?yàn)樗麄兏鶕?jù)這個(gè)G值已經(jīng)成功地發(fā)射了多顆衛(wèi)星,當(dāng)?shù)厝藞?jiān)信:G是一個(gè)可以適用整個(gè)宇宙的常量。

  證明完畢,還附贈(zèng)穿越文!……好吧,《馬躍傳奇》以后再說,還是先探討G的現(xiàn)實(shí)意義。

  彗星的扁心率非常大的軌道和少數(shù)逆向公轉(zhuǎn)的彗星證明,彗星是太陽系形成以后闖進(jìn)來的“天外來客”。為什么彗星越接近太陽體積越大?因?yàn)殄缧窃浇咏栠m用的G越小,對(duì)本身氣態(tài)物質(zhì)的束縛越小。同理,距離太陽越遠(yuǎn)G值越大,所以越遠(yuǎn)的行星吸積區(qū)越寬。因此,形成行星的過程中,距離太陽越遠(yuǎn)的行星之間的間隔越大(提丟斯-波得定則)。這種特點(diǎn)跟G直接有關(guān)系。

  宇宙中充滿了氣體和塵埃。地球以平均每秒30公里的速度奔馳在這種環(huán)境中,億萬年中為什么沒有丟失掉大氣層或者損失其公轉(zhuǎn)動(dòng)能?因?yàn)樾行擒壍郎希ㄎe區(qū))氤氤的物質(zhì),具有同樣的運(yùn)動(dòng)矢量。換句話說,行星吸積區(qū)的微小物質(zhì)適用該行星同樣的G值。換句話說:跑的一樣快!

  所以,地球上測(cè)量的G值,適用于“日—地”之間,適用于“地—月”之間,也適用于人造衛(wèi)星。但是絕對(duì)不適用其它行星!事實(shí)上,采用地球上的G值,(開普勒第三定律)推算行星的質(zhì)量,存在嚴(yán)重誤差。水星、金星(實(shí)際G值應(yīng)該偏小)質(zhì)量遠(yuǎn)沒有人們估計(jì)的那么大,甚至都沒有衛(wèi)星;木星、土星(實(shí)際G值應(yīng)該偏大)及更遠(yuǎn)的行星質(zhì)量被嚴(yán)重低估,結(jié)果換算出的密度小到不可思議。

  太陽系中,在同一個(gè)方向上,距離太陽越近(太陽引力越大),適用的G值越??;銀河系中,距離銀心越近,“銀河引力”越小,適用的G值越大。前者的意義是匡正學(xué)界的錯(cuò)誤認(rèn)知,后者的意義在于可以解釋“銀河系自旋同時(shí)所有恒星公轉(zhuǎn)角速度大致相同”這種現(xiàn)象。區(qū)別是:子星系(太陽系)中引力越大,微小物質(zhì)分布的密度越高;母星系(銀河系)中,微小物質(zhì)是“趨向”引力大的區(qū)域(銀盤邊緣)。G可能跟星系的演化有關(guān)系!

  到了黑洞的地位,因?yàn)檎麄€(gè)星系的“壓力”(上篇),質(zhì)量并不能無限增加。位于銀河系中間的黑洞不斷吞噬靠近的恒星,分解以后會(huì)從兩極噴出大量質(zhì)子、電子、氣體和塵埃;強(qiáng)大的外向噴流在脫離黑洞電場(chǎng)以后,其中的質(zhì)子和電子結(jié)合成大量氫氣(銀心被大量氣體、塵埃包圍,這就是我們能看到百億光年之外,卻看不清銀心內(nèi)部的原因);大量微小物質(zhì)被“某種”作用“推向”外圍,在銀盤邊緣形成新的恒星吸積盤,產(chǎn)生新的子星系;氣體和塵埃向外漫延的同時(shí),恒星由外而內(nèi)順次進(jìn)入“黑洞工廠”。所以在這個(gè)序列中(螺臂上),越遠(yuǎn)的恒星越年輕。相反,越向中心,恒星的年齡越大,恒星的密度也越大;同時(shí),越向中心G值越大,恒星間的實(shí)際引力成倍增加。銀河系中銀核包含的不僅可見恒星的密度比較大,實(shí)際上不可見的死寂的恒星也全部集中在銀核。

    因?yàn)橘|(zhì)量越大的恒星,內(nèi)部提供的溫度、壓力越高,產(chǎn)生的核聚變也越強(qiáng)烈;而且質(zhì)量越大的恒星,內(nèi)部參加核聚變的物質(zhì)比例通常也越高,通常越大的恒星壽命越短。因?yàn)樗兰诺暮阈瞧毡楸忍栙|(zhì)量更大,有理由懷疑,科學(xué)家費(fèi)盡心思尋找的暗物質(zhì),可能就是年老的已經(jīng)死寂的恒星。它們質(zhì)量巨大、數(shù)量眾多,本身不再發(fā)光又距離遙遠(yuǎn)(太陽附近都是同齡的恒星),很難直接觀察到。

  恒星的命運(yùn)是輪回的,星系的始終似乎要長久的多??雌饋砗孟窨苹梦?,不過90%的部分已被證實(shí)。筆者把這些聯(lián)系到一起,懷疑G是物質(zhì)世界的底層法則。

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