万岁！伟大的提丢斯-波德定则！

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万岁！伟大的提丢斯-波德定则！----2
——  物理学革命之十一  ——
王紫馨（方悟）      2006.3.10
宇宙是能量世界，海森堡用“量子世界”来称呼，确切！宇宙最基本的规律是能量守恒与不均衡分布律，它描述了物质的空间状态，爱因斯坦认为能量与质量同一，能量储存在质量中，以质量转化为能量的方式释放出去。正因为能量的不均衡分布，才有了大大小小的天体（如果均衡分布，物质就会分布得比星云还稀薄）。不均衡到什么程度，我们看到了土星及其光环就看到了太阳系和银河系。由于微宏观同一，看到了太阳系也就看到了原子系统。原子系统可用行星模型来描述，行星系统也可以用原子模型来描述。
对引力最初的精确描述来自于牛顿。牛顿的万有引力定律可概括为：“任何两个质点之间具有相互吸引的引力，引力的大小与它们质量的乘积成正比，与它们距离的平方成反比。”写成公式就是：


上式中r为两个质点间的距离。
我们知道物质质量来自引力，引力质量与惯性质量同一，引力大等于惯性大，即速度快。当物体高速运动时，产生狭义相对论钟慢尺短效应，其空间收缩，使物质密度加大。当我们的正能量世界形成时，星系、恒星系都是按能量守恒与不均衡分布律来形成空间状态的，那些离质心近的天体因引力大具有了高密度，离质心远的天体因引力小而只能是低密度的。引力是宇宙的基本作用力，它决定一切，这一点得到了广义相对论的理论支持。天体系统的引力场强弱取决于系统的几何尺度与其引力半径之比，引力半径正比于天体的质量而反比于光速的平方。天体系统中的引力场足够强时，必须计及广义相对论对牛顿力学的改正，或干脆用广义相对论来进行计算处理。
1915年11月，爱因斯坦先后向普鲁士科学院提交了四篇论文。1916年，爱因斯坦又完成长篇论文《广义相对论的基础》，在这篇文章中，爱因斯坦首先将以前适用于惯性系的相对论称为狭义相对论，将对于惯性系物理规律成立的原理称为狭义相对性原理，并进一步表述了广义相对性原理：物理学的定律必须对于无论哪种方式运动着的参照系都成立。广义相对论认为，由于物质的存在，空间和时间会发生弯曲，引力场实际上是一个弯曲的时空。爱因斯坦用太阳引力使空间弯曲的理论，很好地解释了水星近日点进动中一直无法解释的43秒。广义相对论的第二大预言是引力红移，即在强引力场中光谱向红端移动，20年代，天文学家在天文观测中证实了这一点。广义相对论的第三大预言是引力场使光线偏转，最靠近地球的大引力场是太阳引力场，爱因斯坦预言，遥远的星光如果掠过太阳表面将会发生一点七秒的偏转。1919年，在英国天文学家爱丁顿的鼓动下，英国派出了两支远征队分赴两地观察日全食，经过认真的研究得出结论：星光在太阳附近的确发生了一点七秒的偏转。英国皇家学会和皇家天文学会正式宣读了观测报告，确认广义相对论的结论是正确的。会上，著名物理学家、皇家学会会长汤姆孙说：“这是自从牛顿时代以来所取得的关于万有引力理论的最重大的成果”，“爱因斯坦的相对论是人类思想最伟大的成果之一”。
许多人不明白爱因斯坦为什么要用几何形式来描述引力，因为他们不了解宇宙的本质是空间形式，宇宙是空间场，一切空间都存在引力，空间场又是引力场，而几何正是描述空间状态的数学形式，因此引力只能用几何形式描述。爱因斯坦虽然没有真正认识这一点，他的直觉却把他引导向非欧几何工具，引力场的几何化证明了宇宙的本质就是空间场。宇宙三大基本项：空、时、物，空间是最基本的，时间是空间变化，物质是空时表现。
惯性质量与引力质量同一的等效原理
实验事实：引力场中同一处，任何自由物体有相同的加速度a．
根据上述事实及力学定律，可得任意物体的惯性质量mI与引力质量mG满足

它与运动物体性质无关．选择合适的单位，可令mI＝mG＝m，即惯性质量与引力质量相等，在引力场中自由飞行的物体，其加速度a必等于当地的引力强度g 。
爱因斯坦把引力场化作时空几何结构加以表述，下面作简单说明：
史瓦西场是指球对称分布、相对静止的物质球外部的引力场．这是一种最基本的引力场（引力按距质心的半径分布，必然是球形）．场中某处的固有时、真实距离是指用该处静止的标准钟和标准尺(刚性微分尺)测得的时间间隔和空间距离．我们比较引力场中不同地点的标准钟和标准尺，比较的基准是不受引力影响的钟和尺，这就是在引力场中自由下落的局惯系中的钟和尺．为此，引入三种参考系(如图1)．

图1
S系——史瓦西场．    S0系——从无限远处由静止开始沿径向飞来．到达场点r处时速率为v，称为飞来的局惯系．     S′系——r处相对S系静止的局惯系，是对应不同r的一系列参考系．引入S′系是为了在S′和S0这两个局惯系之间进行狭义相对论的时空变换．变换如下：
  1）用S0中两个钟校准S′中一个钟．S0中测得的是dt0 ，S′中读数为原时dτ，有
dτ＝（1－v2／c2）1／2dt0
2）用S0中的尺同时测S′中的静长，S0中测得为dx0 ，S′中为原长dσ，有


由能量守恒及弱引力场的牛顿近似，飞来局惯系S0到达r处的速率v应满足下式


即    ，式中M为产生史瓦西场的物质质量，S′相对S系静止，dτ、dσ即为S系(史瓦西场)中r处的固有时及真实距离（S′和S是瞬时相对静止，但有相对加速度．说S′和S的测量结果相同，是应用了爱因斯坦的另一假设：钟和尺的形性只和速度有关，而与加速度无关）．

3）史瓦西场中的固有时：                         （1）
亦即，引力场中时钟变慢，r愈小处(引力场愈强处)钟愈慢．
4）史瓦西场中的真实距离：                      （2）
其实距离的增大，意味着该处测量用的标准尺缩短．故式(2)表示，引力场中尺度收缩，r愈小处(引力场愈强处)，尺缩愈烈．两式物理内涵是时空、引力和物质分布联系在一起．等效原理说明引力和惯性是一回事，二者同一，引力大等于速度快，速度加快导致钟慢尺短，引力加强产生同等效应：引力越强，钟越慢，尺越短，空间高度收缩，物质密度加大，所以引力大小又是和物质密度联系在一起的。用广义相对论我们可以把万有引力定律修正为：引力的大小与物体和引力中心即质心的距离成反比，与它的密度及质量成正比。同时，我们还要把广义相对论原有的解释加以修正：原观点认为在引力场中，时空的性质是由物体的质量分布决定的，物体质量的分布状况使时空性质变得不均匀，引起了时空的弯曲。也就是说，“时空曲率”产生了引力，当光线经过一些“大质量”的天体时，它的路线是弯曲的，它将沿着“大质量”物体所形成的“时空曲面”前进。原观点错在仍然把空、时、物三者分开，未看成一体，把物体看作是由时空包裹起来的或是放置在时空中的，就像有些人说的，时空是一张膜，物体把它压弯了，这多少仍有一些绝对时空味道。在人们的头脑中，天体运行就像火车在铁轨上运行一样，轨道和天体不是一回事，是分开的。在新的认识中，时空物是一体，空间场就是引力场，引力的大小决定物质密度的大小。由于空间可用距离来表示，距离大则空间大，距离小则空间小，根据万有引力定律引力大的空间小，引力小的空间大。由于质量大的引力也大，质量小的引力也小，大质量小空间就必然是高密度，小质量大空间就必然是低密度，二者的结论一样。光学理论告诉我们，光线从一种物质形态进入另一种物质形态时会发生反射与折射，如一支筷子插入水杯中，在空气和水的交界处会产生弯折，这是因为气体和液体的密度不同，使光线产生了折射。光学原理在宇宙中同样适用，当光线穿过物质密度或说能量密度不同的空间时，也会产生折射现象。根据“万有引力”定律，引力和质量成正比，那么零质量的物质其引力为零，其他物体对它的引力也为零，光子就是零质量，所以它受到的引力为零。光线没有受到力的作用却发生了弯曲不合现有物理定律，而且光代表着斥力，它的方向是向外的。在地球上，我们没有观测到任何现象说明地球引力可对光产生作用，所谓“光线的弯曲”实际是高密度能区产生的折射现象，不是“时空曲率”产生了引力，而是引力本身就是围绕质心按球半径分布的，空间场就是引力场，所以空间场也是球状的。不是物体质量决定空间状态，而是空间状态决定该区域物体质量。引力场的本质是什么？为什么会存在引力场？牛顿引力理论只简单说任何物体之间存在着相互的吸引力，并未解释物体间为什么会存在引力。广义相对论认为物质的分布造成了时空弯曲，“引力”就是时空弯曲，然而物质分布为什么会造成时空弯曲也未得知，我的观点是否能解释通，大家可以讨论。
狄拉克建立的相对论量子力学波动方程有几个很重要的结果，其中两个是：第一，方程同时具有正能解和负能解，根据狄拉克的解释，正能解表示正常的物质粒子；负能解表示真空的负粒子海。正能解与负能解之间是完全镜像对称的。第二，测量粒子的速度一定会得出光速c；具体地说，粒子的速度由两部分构成，一部分是一个对位移有贡献的部分，即我们通常观测到的粒子的运动速度；另一部分为一个高速震荡项，它对粒子的位移没有贡献，但它使我们测量到的粒子的瞬时速度为光速c，而速度的方向是随机的，即以粒子所在点为中心指向空间任意方向，它不受引力约束，这恰是光子的特性。（见中文版狄拉克《量子力学原理》第十一章§69；中文版狄拉克《物理学的方向》P69）
四、提丢斯定则在自然空间体系中的位置：
人们没有重视提丢斯定则，是因为他们只把它看作是一种偶然性，不知道偶然性与必然性同一，不知道提丢斯定则也是所有行星空间存在的规律，这一点只有回归自然体系才能看得清楚。本文已经很长，要描绘整个自然体系需有专著，这里先用一张图表表示，待以后再详述。
大一统能量场、重力场的空间分布规律：
能量守恒与不均衡分布律（宇宙）-----万有引力恒星能级分布律（星系）——提丢斯行星能级（能区）分布定则（恒星系）——星球内部能级分布律（恒星以下天体）






空间自然逻辑体系


空间
层级       
空间
系统       
能量空间的逻辑规律       
数学表达       
观测及实验证明   


A       
宇宙
（总星系）       
能量守恒与能量不均衡
分布律        守恒值2.7Ｋ
广义相对论引力场公式
宇宙背景辐射（又称微波
背景辐射）
宇宙能量大尺度均衡分布全景图
星系、恒星系、星球能量
小尺度不均衡分布图


B       
星系       
万有引力能级分布律        万有引力公式
        引力红移  
银河系全景图
星系核图


C       
恒星系        恒星系能级分布律之
提丢斯-波德定则        定则公式：
L = 0．4 + 0．3 × 2ⁿ
        太阳系行星分布图
光线弯曲（折射）例
彗星彗尾变化例

D       
星球
       
天体壳层能级分布律       
能级比例式（暂缺）        地震波数据
地球结构图
元素周期表
从上图可知，提丢斯-波德定则是宇宙第三层级系统的空间规律，它是能量守恒定律和万有引力定律在恒星系统中的表现，是一个非常重要的普遍性规律，决不可小看它。从这幅图表我们还可以大致了解客观世界的空间体系，如用文字则需大量篇幅，也会使本文偏离定则这个中心，全面阐述自然体系是下一个任务，未能一次讲清问题，特对读者表示歉意。我是业余研究者，工作和家庭负担使我没有更多的时间来整理头脑中的东西，更希望专业研究者能接续探索，希望他们能摆脱以阶级斗争观念为代表的对立性形而上学思想，接受老子和黑格尔的同一性辩证思想，用新的视角观察世界，不辜负历史的寄托，不辜负国民的期待。从自然规律来说，有小尺度空间的异性才有大尺度空间的各向同性，人类社会也是如此。思想文化必须是多元的和多样的，才可兴盛，老想罢黜百家，以一人一派独统天下，违背人权、人性，也违背自然本性。