逃逸速度的物理意义.doc

逃逸速度的物理意义 杨光晰 湘潭经论机电设备研究所 411101逃逸速度是一个质点永远脱离母体引力必须具有最小速度，如果仅从质点具有大于逃逸速度后脱离母体引力作用远去他处，这样理解是不全面的，逃逸速度还有深远意义，本文将讨论逃逸速度就是母体引力作用传递速度。关键词：引力作用传递速度，引力作用需要时间Pacc ：0450一逃逸速度的定义逃逸速度是一个质点永远脱离母体引力作用所必须具有最小速度，逃逸速度又叫抛物线速度。 现将有关逃逸速度物理概念摘录如下。因为地球的逃逸速度远远大于大气分子的平均速度，所以地球保留着大气。空间飞行器要脱离地球飞往另一行星或进入绕太阳的轨道，必须达到逃逸速度。这个速度v可以这样计算：质量m的物体的动能，要同从半径为 r0 , 表面重力加速度为g0 的母体表面升高h而克服引力所做的功相等，从而有方程式： 由此得出方程式。V=对地球来说 =6.38106 米， g0 =9.8米秒2 ，在逃逸情况下， h=，第二根号就等于1，于是得V逃 =11.2103米秒太阳系中其他星系的逃逸速度分别为水星：3.8103米/秒 金星：10.2103米/秒火星：5.1103米/秒 木星：61.0103米/秒土星：36.7103米/秒 天王星：22103米/秒海王星：24103米/秒二引力作用传递速度牛顿发现了万有引力定律：任何两个物体之间都存在互相作用的引力，力的方向是沿两物体的连线方向，它的大小和两物体质量乘积成正比，和两者之间的距离平方成正比。万有引力定律所说的物体是指可以被看做质点的物体，只有在这样情况下，物体的“连线方向”，“二者之间的距离”等才有意义，一个物体或物体体系的质心是一个点，引力作用拟定这点上。引力作用过程中实物之间并没有接触，是超距作用，物体A对物体B的实施过程是怎样进行的，这个问题是非常复杂的，为了简化引力作用实施过程的复杂性，经典力学设定引力作用传递速度是无限大，引力实施是及时性的。随着科技的发展，特别是科学实验的发展，譬如电磁波、光的传播，快速的电子等都不遵循牛顿力学定律，令人不得不怀疑物理学基础理论是否存在缺陷。在19世纪末物理学家给传播光的介质取名“以太”，认为“以太”参考系S是一个惯性参考系，根据伽利略变换，在以匀速V相对于“以太”参考系运动的参考系S中的观测者可以测得光速相对运动方向从 C+V 到 C-V 的范围内的变化。 在1881年迈克耳逊应用光学干涉仪实验，而后在1887年迈克耳逊与莫雷合作进行了更精密的实验，其目的测量出光在各个不同惯性系中的速度，特别是注意到是否存在独特的以太参考系。试验的结果是在所有方向上侧得的光速相同，排除了以太参考系的存在。迈克耳逊莫雷实验结果是光速在所有惯性系是相同的，跟光源与 观察者的相对运动无关。如果一列以速度v相对于地面运动，一个旅客以速度u相对火车运动，则旅客相对于地面的速度U等于上述两个速度矢量和U=u+v这就是经典力学速度相加定理，而相对论推出的速度相加定理是U=从上式可看出两个小于c的速度相加的结果不可能超过光速。指望任何物理作用以无限大的速度传播是不现实的,像经典力学设定的引力瞬时超距作用是不存在的。狭义相对论设定引力作用传递速度为光速，但是并未就此设定问题上予以详细讨论，由于引力作用具有传递速度，使引力作用过程的物理内容变得非常复杂，首先是引力作用传递速度为什么是定值？如果是变量那么与什么因素有关？如果引力作用传递具有速度，那么对相距r距离的物体引力作用过程是不是需要时间？引力作用需要的时间是怎样确定？如果被吸引物体相对运动那么引力作用点的位置还在质心上吗？三辩证逃逸速度就是母体的引力作用传递速度讨论地球的逃逸速度V逃11.2103米/秒 ，我们选择在地球发射一颗飞向火星的飞船为例，我们讨论这起物理事件。如果在发射飞船是速度小于11.2103米/秒时，飞船肯定不能逃出地球的引力作用范围，速度偏小只能落在地上，至多能成为围绕地球运转的卫星，而当飞船在背向地球，其速度达到超过11.2103米/秒时，飞船远离地球而去，此时站在地球的观察者如何描述地球对飞船的引力作用，一是按经典力学观点，由于引力作用传递速度无限大，虽然飞船飞出r 距离，地球仍可及时性的对飞船施加引力作用; 二是依狭义相对论设定引力作用传递速度等于光速c=3108米/秒，远远大于飞船的速度，飞船仍可受到地球的引力作用。事实是当飞船达到超过11.2103米/秒速度后，关闭火箭推动力，飞船将离开地球而去，地球已不能再对飞船施加引力作用，那么11.2103米/秒就是地球引力作用不可超越的速度极值，如果地球引力作用传递速度大于11.2103米/秒，那么地球仍可对飞船施加引力作用，飞船将减速运动，事实上飞船并没有减速离开地球，地球已经不能再对此时的飞船施予引力作用，那么11.2103米/秒就是地球引力作用传递速度值。四引力作用实施过程物体A具有质量M，以其质心位于欧几里德三维坐标原点上，其坐标为A（0、0、0）在空间形有引力场，在这个空间相距r距离存在一个物体B，其质量为m，坐标（x、 y、 z）, 物体B受到物体A的引力作用，同时物体A也受到物体B的引力作用。如果我们讨论引力作用超距实施过程，最简单的立论是设定引力作用即时性，也就是引力作用传递速度无限大，无论物体之间相对运动与否，均不影响物体之间的引力作用过程，也就是说相对运动的物体之间的引力作用与相对静止时的物体之间的引力作用是一样的。太阳光充满太阳系空间，相距1.5108公里的地球每时每刻都接收到阳光，阳光要历时500秒方可达到地球，光线由光子组成，光子具有质量，地球将受到光压，那么在 t0时刻地球受到的光压是太阳在t0-500秒时射出的光所致，存在着时间差。经典力学设定引力作用即时性是虚拟的，宇宙中超距的力学作用不可能瞬间可成，引力作用必然具有速度，这如同太阳光照在地球上存在时间差，同理引力作用也存在时间差，如果被吸引物体受到其他外力作变速运动，引力作用实施过程变得更加复杂。1. 引力作用过程为了形象的描述引力作用过程，我们以地球在其空间形有引力场为例，将这引力场比喻是红色染色液，假设站在北极星上有一个万能操作者手持白色棉花球，操作者可瞬间是将棉花球投入染色液中，白色棉花染成红色过程，也就是形象的表现地球对棉花球的引力作用过程。站在北极星的万能操作者将白色棉花球瞬间投入染色液中，染色过程有三种可能，一是白色棉花瞬间染成红色，只有设定引力作用传递速度无限大，也就是引力作用是即时性时方可如此; 二是瞬时投入染色液的白色棉花球，首先由白色染成粉红色，经 t时间染成红色，是逐渐加深颜色，引力作用是渐进式的，这与瞬时作用观点差不多，自瞬间其已经开始引力作用： 三是瞬间投入染色液的白色棉花球，经t时间染成红色，由于设定引力作用传递具有速度，引力作用不能瞬间即成，如同此时此刻地球接受的太阳光是500秒前的光子，这就是超距的引力作用需要时间观点。假设引力作用需要0.1秒，在0.09秒将棉花球拿出染色液，观察棉花球仍然是白色，在历时0.1秒或大于0.1秒棉花球才染成红色，这个观点符合迈克耳逊莫雷实验，由于该实验室在地球表面上所做，实验中的光束，从实验开始到实验终止所历经的时间，小于地球引力作用的时间，地球上的光源载体运行速度根本就不能对实验中的光束有丝毫影响引力作用需要时间的观点还需进一步的阐释，由于引力作用需要时间与引力作用传递速度有关，所以先要搞清引力作用传递速度的物理意义。以飞船飞离地球为例，地球在其空间形有引力场，在与地心A点相距6.37106米的空间B点上观测，飞船沿AB连线方向运行，凡一秒钟内运行距离小于11.2公里的飞船，地球予以引力作用不准其离去，当飞船一秒钟内运行距离大于已于11.2公里时，飞船远离地球而去。相对一个具有速度11.2103米/秒的运动体来讲，地球引力作用有效半径的球域是有界的，其界值就是6.37106米。由于引力作用传递速度是变量，位于不同的空间点就有不同的引力作用传递速度。比较速度大小可以用质点在单位时间相对运动的直线距离多少来判断，单位时间运动的距离多则速度快，距离少则速度慢。但是也可以用质点在单位直线距离中相对需要时间的多少来判断。还是以飞船在地球的逃逸速度11.2103米/秒为例，飞船运行一米路程需历时910-5秒， 或者运行1厘米路程需历时910-7秒，为此我们可知道，当飞船运行一米路程需时小于910-5秒，地球将不能再对飞船施予引力作用，飞船远离地球而去。如果我们能够选择适当的标准单位距离，就可以确定飞船位于B点时，地球对飞船的引力作用所需要的时间。当我们知道空间一点的引力作用传递速度，其实就是预示该点引力作用所需的时间值，知道引力场空间引力作用所需时间分布及规律，就可以判断运动质点是否能够按常规遵守经典力学定律。物体对空间一点引力作用传递速度与相对距离的增加而衰减，如地球表面一点引力作用传递速度是11.2103米/秒，在空间总是会存在有一点引力作用传递速度是5103米/秒 ，或3103米/秒，或1103米/秒 ，我们选定空间B点引力作用传递速度是3103米/秒来讨论，连接球心A与B点，以AB为半径，画出球域D，在球域界面上任一点的运动体，凡是沿AB方向运动速度大于3103米/秒将离开地球而去。如果宇宙一颗小流星以4103米/秒速度进入球域D内，只是从球域一点进入，又从球域另一点穿出，这时地球对小流星的引力作用是怎样的呢，此时小流星速度大于D域边界的引力作用传递速度，但是其运动方向不是AB方向，而是与AB连线相交，在球域内运行一段距离，此时地球能不能对小流星施以引力作用，要看小流星在D域内穿行时所需的时间的多少来判断，若小流星在D域内穿行时时间小于B点的引力作用所需时间值，地球不能吸引小流星，小流星直线而行，若穿行时间大于B点的引力作用所需的时间值，地球将对小流星施加引力影响。它星体光线途径太阳近旁发生偏转的物理事件就是上述观点例证，太阳在其空间附近的引力作用传递速度必小于光速，否则太阳光不能射出，而途径太阳附近的光线发生偏转，说明太阳引力场还可以对大于其引力作用传递速度运动质点施以引力影响。而它星体光线途径地球，不受地球影响，直线运行。由此推断，引力作用可能是具有连续性，也可能不存在连续性，是间断的。2. 引力作用点的位置经典力学在研究物体运动规律是，认为一个物体或物体系的质心是一个点，它运动好像是系统的全部质量都集中在这一点。而且作用于系统全部外力都作用在这一点上。我们以苹果熟了自由落体的物理事件为例，在一颗3米高的树上，挂一颗直径10厘米，质量200克的苹果，在研究苹果自由落地运动规律时，将苹果质量集中于中心上，苹果位于空间A点，它受到了半径6.37106米，质量5.981027克的地球吸引，我们也将地球全部质量集中到球心O上 我们依据经典力学观点描述苹果落地物理事件。当苹果熟了，由于地球引力作用使苹果自由落地，地球引力可瞬时作用苹果质心A上，在苹果落地过程中，小小苹果也在空间形有引力场，小小苹果瞬时也对相距6370公里的地球吸引，引力作用点位于球心O上(不计引力大小，仅从引力作用观点上讲)，作用力的大小相等，方向相反。小小苹果的引力有如此神力。理应置疑。以地球引力场为例，站在北极星的万能操作者手持白色小棉花球，瞬时将小球置于红色染色液的A点，在A点染色需要时间t，但是在染色时间t内操作者将小球由A点移动到B点，此时白色小球染成红色，我们要回答染成红色的地点是A点还是B点，虽然操作者在B点看到了白色小球染成红色，可是小球刚刚运动到达B点，位于B点的时间趋于零，在B点的染色刚刚开始，尚没有染色时间，小球染成红色的位置是在A点。在引力场中运动体由A点在引力作用所需要时间t内运行到B点，在B点的运动体实际上受到在A的点的引力，引力作用点沿运动相反方向落后AB距离，相对高速运动体来讲，其实受到引力作用点有可能不在实体上，而是在空间一个点。运动体受到的引力作用点，其位置与运动体速度有关，与运动体速度变化有关。引力作用点可能不在质心上的学术观点，人们难予接纳，尤其是引力作用点有可能不再实体上，人们在感觉上更所不容，实体之间接触式受力必作用在实体上，这是基本常识，人们将这观点“理所当然”延伸与超距作用上，尤其是研究星体运动时，认为引力作用必须作用在质心上，为此引力作用只能改变星体线速度，不能使星体旋转。时至今日，人类不能将星体自转力学原理说个明白，究其根源就是引力作用点必在质心上的观点所贻误。在自然界有许多物理现象是支持引力作用点不在质心的论点，尤其是众多星体除了平动还有自转，星体的自转是当受到外力（如巨星爆炸）发生加速运动时，如果星体运动方向与吸引体连线方向存在夹角，此时星体受到的引力作用点可以不通过质心，就有可能产生旋转运动。如没有刻来福线的炮膛射出炮弹，（大炮射角与引力线存在夹角，且炮弹由静止加速运动）不仅变速还拌生向后翻转。人们会对站在北极星万能操作者手持白色小球瞬时投入染色液一事有所异议，因为物体在引力场中随时随地的受到引力作用，我们为了更形象，更清楚分析引力作用所需要时间的概念，拟白色小球瞬时投入染色液的比喻，经过一段时间白色小球是不存在的，小球随时随地是红色，也就是物体在引力场中随时随地受到的引力作用，但是物体此时此刻受到的引力是前t时刻的引力，而不是瞬时间作用的引力。五结束语迄今为止，人类已知的最大速度是光速 C=3108米/秒 ，宇宙不可能存在无限大速度，而经典力学为了简化引力超距作用过程，设定引力作用传递速度无限大，即引力作用瞬时即成，这个基础设定是虚拟的，并没有科学依据。而狭义相对论依据任意两个速度之和不能超过光速，光速是速度极限值，于是设定引力作用传递速度等于光速，既然引力作用具有速度，引力作用就不能瞬时即成，就必存在时间差，但是并没有依此讨论下去。本文分析逃逸速度的物理意义，逃逸速度就是母体的引力作用传递速度，引力作用传递速度与母体质量有关，与相对距离有关，引力作用传递速度是变量，由此必然将要建立新型时空观，从新的角度研究引力的超距作用过程，与经典力学的观点有如下不同：1. 引力作用不是瞬时即成，而是需要时间。2. 引力作用传递速度与母体质量有关，与物体之间距离有关，速度值是变量。如果星体质量巨大，其引力作用传递速度可能大于光速,光束进入此球域不在逸出,即宇宙存在黑洞球域.3. 母体对它物体的引力作用效果，与物体的相对运动速度大小有关，与运动方向有关，不能用两个物体相对静止时的引力作用关系去适用相对运动状态，其中是有差异的。参考文献 1科学技术百科全书 第二卷 主编.丹尼尔.拉佩兹 2. 科学技术百科全书 第三卷 主编.丹尼尔.拉佩兹 The Physical Meaning of Escape Velo