原质论(第七章).doc

原 质 论武汉市汉阳区 孟凡彬 著第7章 近代物理学与经典物理学的逻辑联系7. 近代物理学与经典物理学的逻辑联系7.1 物理学理论体系缺乏逻辑统一性近代物理学的理论基础建立在物质波假设和光速不变假设之上，具体体现在物体运动的两大效应：其一是物体运动的质量随着其运动速度的增加而增加，这是狭义相对论的基础；其二是微观粒子运动的波粒二象性，这是量子力学的基础。这两大效应作为近代物理学的两大基石，理论来源于推测和类比推理，缺乏逻辑上的必然性，虽然其计算结果经过严格而广泛的实验验证，但是这两大效应之间没有逻辑联系，它们在经典物理学中也没有理论依据，因此，整个物理学缺乏逻辑上的和谐统一性。特别是，这两大效应被视为自然界固有的现象，是只有结果，没有原因的自然现象，与经典物理学相比，近代物理学缺失了明晰的物理过程。可以说，近代物理学是一种过程模糊而结果清晰、物理意义（定性）模糊而数学计算（定量）清晰的理论，这种理论不利于深入理解和准确把握，不利于物理学的进一步发展。 7.2 原质假设是统一经典物理学与近代物理学的必要条件大家知道潜艇在海洋中运动的惯性随着其运动速度的增加而增加，这是因为潜艇在水中运动时产生的伴流效应使潜艇的运动惯性增加，如果潜艇在没有水的虚空中运动，就不存在这种效应，航空器也存在类似的效应；大家也知道，旗帜在空中飘扬，电线在风中震动而发出呼啸声是空气流动引起的，没有空气就没有空气的流动，旗帜不会飘扬，电线不会震动。这两种效应的存在的根本原因都是因为物体所处的空间充满流体，在虚空中不可能产生这种效应。上文中的两种效应与近代物理学的两种效应非常相似，它们之间不仅仅是一个简单的比喻，经过深入的流体动力学分析与论证，只要在经典物理学中增加一个原质假设，修改一下经典物理学的时空观，就可以运用经典物理学中的流体动力学方法推导出近代物理学的两大基础效应，架设近代物理学与经典物理学之间的逻辑桥梁，从而统一物理学。原质假设是统一经典物理学与近代物理学的必要条件，是统一物理学唯一正确的出路。7.3 物体惯性随其运动速度增加而增加在前文第四章4.4 节讨论物体在原质流体流场中运动的伴流时简要介绍了原质伴流及其基本性质，证明了在原质流体流场中运动的物体只存在势伴流，并简要说明物体在原质流体流场中做惯性运动时的势伴流强度与物体的质量成正比，而与物体的体积和形状无关。 在原质假设的条件下，物体的运动不再是物体单独地在虚空中运动，不是一个孤立的、封闭的运动物体，而是一个物体与原质流体相互影响、相互作用、相互联系的开放系统。物体在原质流体流场中运动必然产生原质伴流，物体与原质伴流共同组成一个紧密联系（指惯性力相位相同，即：同时加速或减速，这是原质流体不可压缩和连续性决定的）的物质运动系统。原质伴流具有动能，由于原质流体没有粘性，物体做惯性运动时，原质伴流的动能不会转化为热能或其它形式的能量而耗散掉，只会储存在原质流体流场中，当物体加速运动时，物体表面的压力差推动原质伴流同时加速，物体的压能转化为原质伴流的动能，原质伴流吸收物体的能量；当物体减速运动时，原质伴流的动能转化为压能，阻碍物体减速，其结果使得物体既难于加速，又难于减速，相当于增加了物体的质量，这种由伴流造成的质量在流体力学中称为附加质量。在流体力学中，附加质量的表达方程式是： 式中：m 为附加质量，0 为流体密度，S 为物体表面，0为物体表面伴流的单位速度势， 为伴流的单位速度势对物体表面的法向偏导数。由于分子构成的流体具有粘性，所以上式中的附加质量与物体形状及方向有关，但是对微观无限连续的原质流体来说，物体表面不能作为边界，只有基本粒子的表面才能作为其流场边界（参阅原质论第二章、第四章），任何形状的物体都可以视作球体的叠加，而且原质流体及其流场的性质满足叠加条件，所以，原质伴流的附加质量与物体的形状和运动方向无关，仅仅是物体的有效体积（排除宏观和微观间隙）、原质流体的密度及物体的运动速度的函数，即：m=f(0 V )根据原质假设，任何物体排除宏观和微观间隙后密度均相等，而且等于原质流体的密度，所以原质伴流的附加质量只是物体质量和运动速度的函数，即：m=f(m0 )因为原质伴流的流速具有观测相对性，所以附加质量也具有观测相对性，即同一物体对不同的参照系附加质量的值不同。鉴于流体力学的三元流（三维）数学计算非常复杂，即使是无粘性、不可压缩的理想流体力学方程式也极少有精确解，计算最简单的几何体球体匀速直线运动时的表面速度势也十分困难，因此，本文对原质伴流附加质量的具体数学表达式不作详细的数学论证，物体质量与附加质量的和是否为狭义相对论的运动质量相同，即是否满足公式：m0+m=m 也没有定论，近代物理学与经典物理学之间的逻辑联系在数学上需要进一步研究论证。 7.4 物体在原质流体中的受力分析 在第四章“4.3物体在原质流体流场中的惯性运动”一节中已经分析得出了“任何物体在原质流体流场中做惯性运动时所受到的合力恒为零”的结论，由于这是分析理解“以太风”问题和物质波问题的关键所在，所以有必要详细讨论。 定量分析物体（由于原质流体的渗透性，这里的物体都是假设的几何体或者是微观基本粒子）与原质流体流场的相互作用比分析原质伴流引起的附加质量更为复杂，为了便于数学分析，常常将三元流动简化为二元流动，不会影响对流体力学基本结论的理解。图7-1是无限大均匀流流场内圆柱体横截面（流速与圆柱体轴线垂直）的绕流示意图，均匀流的流速在无穷远处的流速为0，方向与x轴相同，圆柱体相对静止。根据速度定义的相对性，圆柱体受力情况与圆柱体以速度0向x轴负方向运动，流场相对静止的效果完全一样，所以绕流可以看成是势伴流流场与均匀流流场的叠加。图7-1：无限大均匀流流场内无限长圆柱体横截面绕流示意图通过流体动力学精确求解，得到圆柱体周边所受流体相对压力差P（负值向外，正值向内）为：P=1/202(14sin2)式中：为流体密度，0为均匀流流速，为圆柱体中心点O与其表面任一点连线与x轴正向夹角。设14sin2=CP ,可以算出CP 在A、B、C、D四点及圆柱体表面其它任一点的值，显然，CP 严格地关于中心对称，如图7-2。图7-2：无限长圆柱体在均匀流流场中的受力示意图 在第四章“4.3 物体在原质流体流场中的惯性运动”一节中已经简要分析得出了“任何物体在原质流体流场中做惯性运动时所受到的合力恒为零”的结论（即“达朗贝尔佯谬”）,得到这个结论需要流体和流场具备以下严格的条件：（1） 在理想流体中（流体微观连续、无粘性、不可压缩）；（2） 流体在物体表面没有分离；（3） 流场是无边际的，或者流场和物体两侧严格地对称；（4） 物体周边的流场无源、汇、涡等奇点存在；（5） 物体做匀速直线运动或者相对静止的物体处于均匀流流场中。上述5个条件中的前两条是对流体提出的要求，后三条是对流场提出的要求。从第二章可以看出，原质流体满足条件（1）和（2）；从第四章中看出，原质流体流场只有在理想情况下符合上述条件中的（3）、（4）、（5），通常原质流体流场不是严格对称的。流场的不对称性正是问题的关键，然而，即使流场与物体都严格地对称，任何微小的扰动也会破坏流场的对称性。由于任何形状的平面图形都可以由大小不同的圆形叠加构成；任何形状的立体都可以由大小不同的球体叠加构成；所以对于原质流体来说，物体本身的对称性并不重要，上述力学效应对任何形状的物体都一样。7.5 物质波的流体动力学起因在图7-1中，当圆柱体绕流流场的对称性被破坏或者被扰动时，假设流场向y轴方向发生对称性破坏，x轴下方的压力超过上方，则x轴上的流线作为原流场的平衡分界线就会发生中拱，迎流面分流点A及背流面合流点C就会上移，x轴、圆柱体下半圆与其下方流线之间的区域b面积增大，x轴、圆柱体上半圆与其上方流线之间的区域a面积减小，根据连续方程，b区流速比a区流速小，再根据伯努利方程，b区压力比a区压力大，使原来的x轴上变形的流线继续扩大变形，形成正反馈效应，直到A、C两点上移到B点附近的极限位置，形成新的短暂平衡，同时在这一过程中，流场的压力差形成的合力给圆柱体一个向上的升力。因为圆柱体的绕流不可能脱离圆柱体而独立存在，所以圆柱体的绕流流场的变形方向是不可持续的，只能在物体直径范围内波动，这样圆柱体绕流流场就产生了周期性的压差作用力。这里也可以利用库塔-茹科夫斯基定理说明：在低速无黏均匀流中的二维物体单位长度上的作用力(升力)垂直于来流方向，其大小等于流体密度、来流速度和绕该物体的流体速度环量之积，即：L=i0 式中L为横向升力，i为虚单位（图中指升力为Y轴方向），为绕圆柱体的速度环量。反过来说，物体要获得持续的升力必须有绕物体流动的速度环流，绕流是无旋流动，没有速度环量，所以升力的产生是不可能持续的，只能在一定的范围内波动。如果圆柱体是固定不动的，只有流场和升力发生周期性的变化，如果圆柱体是自由的，则流场的压力变化与圆柱体受压上下摆动，二者交互作用，形成共振。上述流体动力学分析是一种思维实验，因为纯几何形状的圆柱体（物体微观不连续）边界是不存在的，对于原质流体而言，只存在基本粒子边界，但是，这不影响定性分析结论，只不过分析基本粒子与原质流体相对运动时的相互作用要用三元流理论，数学分析更加复杂。将二元流动中物体与流体相互作用产生的共振效应推广到三元流动中粒子与原质流体相互作用，不难看出，物质波产生的过程是粒子与原质流体相对运动时相互作用产生的流体动力学效应。物质波是粒子与原质流体相对运动时粒子与流场发生共振形成的波动，是实在物理量的波动，原子辐射出来的电磁波是物质波的拍频，电磁波是实在的物理量，所以物质波的波动也是实在物理量的波动，物质波统计解释只是一种的数学手段，与麦克斯韦气体分子速度分布律一样，没有新的哲学意义，微观物质的运动与宏观物质运动服从同样的、统一的流体力学定律，电子衍射图样也可以用宏观物体在分子流体中模拟出来。释义：水中草梗摇晃、风中电线震动发出呼啸声的流体动力学过程与物质波形成的过程相似，观察“卡门涡街”可以很直观地看出来：物体在水或空气等分子构成的流体中震动是由于流经物体表面的流体在物体背流面左右周期性地剥离，物体周围流体的速度和压力周期性地变化所产生的流体压差造成物体振动，不过，粘性流体与理想流体表现不会相同，粘性流体