四維時空下星球公轉和軌道共面現(xiàn)象分析

1、四維時空下星球公轉和軌道共面現(xiàn)象分析張一陽1) 張西震2) 1)（ 單縣 274300）2)（政協(xié)單縣委員會 單縣 274300）摘 要力是物體運動狀態(tài)改變的原因.若改變一個物體的勻加速運動狀態(tài),使這種勻加速運動狀態(tài)成為相對的靜止狀態(tài),顯然,則需要一個力.基于此,及基于我們給出的力的實質,我們便可以在時間形態(tài)理論下對星球公轉的成因和軌道共面現(xiàn)象分析,在通過相關公式求證的同時,進一步描繪了時間這個“上帝之手”作用于宇宙萬物的形式.關鍵詞 四維時空;天體物理;類引力作用;公轉;水星進動;軌道共面現(xiàn)象 中圖分類號:041 文獻標識碼:APACS: 95.30.-k;96.30.-t;,98.80.-

2、k 張西震.E-mail: zxz.1111 引 言 宇宙模型,是對宇宙的大尺度時空結構、運動形態(tài)和物質演化的理論描述.因此,嚴格地說,四維時空下的宇宙模型1 中的描述并不是一個完整系統(tǒng)的理論描述,只是作為宇宙模型的大尺度時空結構的初步確定.在時間形態(tài)的可能性分析及其常數(shù)A的估算2一文中我們還指出:“所謂的萬有引力,也并不是連牛頓本人都不贊同的超距作用,或者所謂的引力場作用,而是一個物體相對于另一個物體共同的對它們之間的空間的占據(jù).物體本身的質量和對空間占據(jù)的相對加速度可以用力來計量,于是把這種可計量誤作為了是相互吸引的力而推導出萬有引力公式.是一個物體相對于另一個物體共同的對它們之間的空間的

3、占據(jù)”,那么,這種占據(jù)下星球為什么會有公轉、軌道共面等天體運動形態(tài)的產(chǎn)生呢？ 2 四維宇宙模型中的動態(tài)類引力作用2.1動態(tài)類引力類向心力的公式表達力是物體運動狀態(tài)改變的原因.顯然,若改變一個物體的勻加速運動狀態(tài),使這種勻加速運動狀態(tài)成為相對的靜止狀態(tài),則需要一個力.由于一個物體相對于另一個物體共同的對它們之間的空間的占據(jù)隨時發(fā)生,若要改變這種占據(jù),則需要一個方向相反的力.按照力的作用是相互的這一思路,我們就把這種在三維知覺下體現(xiàn)在物體之間的勻加速靠近叫類引力.在時間形態(tài)的可能性分析及其常數(shù)A的估算一文中曾推導如下:因為加速度是物體和地球之間的加速度,力的作用是相互的,即物體和地球同時受到大小相

4、同方向相反的力.所以根據(jù)公式:,該加速度可寫作公式: （23）即: （24）將公式（22）代入即: （25）（其中,表示半徑為地球的質量. 也可表示半徑為物體的質量,表示半徑為物體的質量.）若兩個物體之間因有另外物體的支撐或牽引一直保持其距離不變,該距離即視為值,若忽略支撐或牽引的物體本身的影響,該公式即為物體受力的相對完整表達公式.在長度單位取m、時間單位取s的情況下,若質量單位取kg計量,則該力的單位為N. 2同理,相對運動著的星球之間也會存在著類引力作用,我們可以叫做動態(tài)類引力.設小球體D做直線運動飛離大球體E,四維圖像正視圖如圖1:圖1 小球體直線運動飛離大球體的四維圖像Figure

5、1 Four dimensional image of a small ball flying away from a large ball in a straight line motion三維圖像正視圖如圖2圖2 小球體直線飛離大球體的三維知覺圖像Figure 2 Three dimensional perceptual image of a small ball flying straight away from a large ball雖然兩個球體之間并沒有物體的支撐或牽引,但由于小球D的飛離使得兩個球體之間的三維知覺距離保持不變,同時,結合力的實質的界定和“力是改變物體運動狀態(tài)的原因

6、”,則可以認為有一個方向相反的力改變著質量為m物體的加速度a,即球體受到一個指向球體中心方向的力.顯然,該加速度也依然可以寫作公式（22）而相對于球體E,球體D若保持在三維知覺下相對的距離不變,則該類引力可寫作: (34) 同理,相對于球體D,球體E若保持在三維知覺下相對的距離不變,則也有一個類引力 （35）因為這種類引力就是三維知覺下我們所言的向心力,向心力公式表達為: （36）因為物體對空間的占據(jù)是以質心為發(fā)力點的占據(jù),在公式（36）中,物體是作為質點來看待的,r表示兩個質點的距離,因此嚴格意義上,這個距離為兩個球體質心的距離即公式（36）中的r用公式表達為: （37）視公式（36）中m為

7、球體D的質量,將公式（36）（37）代入（34）可得 (38)即:即: （39）該公式即為環(huán)繞做圓周運動的所需速度公式,其中,表現(xiàn)為相互靠近應為負值,應取絕對值,即公式（39）應寫作:（m/s） （40）2.2動態(tài)類引力作用的形式及太陽系中部分天體運行現(xiàn)象基于2.1中的動態(tài)類引力的作用下,我們可以得出如下運行現(xiàn)象:2.2.1一個原本在三維知覺中做勻速直線運動的密度相同的球體,若不相對于其他密度相同的球體的位置而言,則該球體在三維知覺中一直做勻速直線運動.這一點,我們在7.1.1中2已經(jīng)說明.2.2.2一個原本在三維知覺中做勻速直線運動的密度相同的球體,相對于三維知覺中視為靜止參照物另一個密度相

8、同的球體而言,若運動的路徑經(jīng)過這兩個球體平衡距離之內(nèi),則該球體在經(jīng)過的過程中,會發(fā)生直線運動狀態(tài)的改變的情況,即向該參照物球體方向的彎曲.2.2.3一個原本在三維知覺中做勻速直線運動的球體,相對于三維知覺中視為靜止參照物另一個球體而言,若運動的路徑不經(jīng)過這兩個球體平衡距離之內(nèi),則該球體會發(fā)生直線運動狀態(tài)的改變的情況,即向該參照物球體方向的反方向彎曲.2.2.4據(jù)2.2.2球體運動的路徑經(jīng)過這兩個球體平衡距離之內(nèi),該球體在經(jīng)過的過程中,雖然會發(fā)生直線運動狀態(tài)的改變的情況,即向該參照物球體方向的彎曲.但同時,球體運動的過程中還有未經(jīng)過這兩個球體平衡距離之內(nèi)的運動,即這種運動可看做2.2.3的情形,

9、即向該參照物球體方向的反方向彎曲.而最終朝那個方向彎曲取決于這兩個方向彎曲的程度的大小.1）若向該參照物球體方向的彎曲的程度大于反方向彎曲的程度,則最終向該參照物體方向彎曲.2）反之,則最終向該參照物球體方向的反方向彎曲.2.2.5據(jù)2.2.2可知,兩個原本在三維知覺中做勻速直線運動的球體,若不以其中一個球體為靜止的參照物,視為它們相互運動,若運動的路徑經(jīng)過這兩個球體平衡距離之內(nèi),則這兩個球體在經(jīng)過的過程中,會發(fā)生直線運動狀態(tài)的變的情況,即同時向另一個球體方向的彎曲.而據(jù)2.2.4可知,最終的彎曲也有兩種情況:1）最終向另一個球體方向彎曲,2）最終向另一個球體的反方向彎曲.2.2.6 當球體直

10、線運動發(fā)生彎曲飛離另一個球體后,若該球體再度遭遇另外的球體,則依然可能發(fā)生2.2.2-2.2.5的情況,2.2.7上文 2.2.6一種特殊情況為則該球體有可能圍繞兩個或多個球體做周而復始的繞行運動.如哈雷彗星可認為是該情況.2.2.8上文2.2.2一種特殊情況為,該球體的速度符合公式（40）的情況下,該球體會圍繞參照物球體做周而復始的繞行運動.如太陽系的八大行星圍繞太陽的公轉可認為是該情況,而太陽系中離太陽越遠的行星,軌道速度越小則初步驗證了公式（40）的正確性.3 光壓的作用和其它的作用力及部分天體運行現(xiàn)象再分析據(jù)公式（40）,若忽略其他因素影響,C值的表達公式為: （41）若太陽半徑取值6

11、963000（km）,一個天文單位取值149597870（km）,A取值為1.000000768在已知行星半徑、軌道速度、平均距離的情況下,我們則可算出C值的約數(shù)如表1:表1:Table 1:行星半徑（km）軌道速度(km/s)平均距離（天文單位）C值水星243947.890.387金星605235.030.723地球637829.791.000火星339724.131.524木星7149413.075.205土星602689.699.576天王星255596.8119.18海王星247645.4330.13據(jù)該表我們發(fā)現(xiàn),C值并不為常數(shù),我們通常意義上命名的類地行星和類木行星的C值都會隨著離

12、太陽距離的增大而減小,而類木行星的C值還會出現(xiàn)大于類地行星的C值的現(xiàn)象.可以認為這是我們物理學已經(jīng)給出的答案:光壓的作用.光照射在物體上,把動量傳遞給物體,表現(xiàn)為光壓.光壓的大小與光的動量密度、表面的反射系數(shù)以及入射角有關.當光垂直照射于完全吸收的物體上,表面所受光壓強即等于p.當光垂直照射于一個完全反射面時,光壓等于2p.也可從光子具有動量出發(fā)得到相同的結果.如陽光照在身體上,不僅會感覺發(fā)暖,亦有壓力,只是因為感覺器官的限制而感覺不到.這個壓力在微重力環(huán)境下會有相對比較明顯的影響.比如:光壓的值雖然很小,但對環(huán)繞地球的人造地球衛(wèi)星來說,時間長了會使它逐漸偏離軌道.據(jù)時間形態(tài)理論可知,并沒有萬

13、有引力,就八大行星而言,光壓是作用于各行星的.這是熵使物體之間的距離變大之外的作用,由于類木行星體積較類地行星大許多,盡管距太陽較類地行星更遠,但接受光照的面積大,因此壓力相對較大,所以會出現(xiàn)類木行星的C值有的會大于類地行星的C值的現(xiàn)象.至此,我們便可以進一步理解太陽系各行星之所以圍繞太陽公轉是作勻速直線運動的星球在類向心力和光壓的共同作用下產(chǎn)生的現(xiàn)象,即就各行星的軌道速度而言,各行星應在更小半徑的軌道上運行,而光壓的作用使各行星的公轉軌道半徑增大,并達到了一種平衡.各行星的衛(wèi)星之所以圍繞各行星運行也是如此.而就水星的進動而言,則可以認為,當水星靠近太陽的時候所受到的光壓變大,推動水星遠離,而

14、遠離太陽的時候受到的光壓變小,使水星靠近太陽,水星近日點的進動現(xiàn)象因而產(chǎn)生.4 多體類引力作用下行星軌道共面現(xiàn)象分析太陽系行星軌道共面現(xiàn)象也是類引力的作用所導致,這種類引力作用不是兩個物體之間的類引力作用,我們把這種類引力作用為稱為多體類引力作用.該多體類引力作用遵循矢量平行四邊形法則和三角形法則.為更便于理解,特贅述如下:參照時間形態(tài)的可能性分析及其常數(shù)A的估算27.2對力的實質的理解部分的證明全過程,設有靠在一起的4個小球小球1、2、3、4,它們半徑和質量相等,小球的密度均勻,半徑記作r,質量記作m,排列方式如圖3:圖3 小球排列示意圖 圖4 小球受力及運動分析圖Figure 3 Arra

15、ngement of small balls Figure 4 Force and motion analysis chart of small ball以小球2為例,小球2在受到小球1施加的推力的作用下做勻加速運動在1個單位時間內(nèi)將向右由A移動到B, 小球2在受到小球3施加的推力的作用下做勻加速運動在1個單位時間內(nèi)將向上由A移動到C,因為AC=BD,因此也可看做小球2在移動到B以后,再由B向D移動,即小球2受到一個由A到D方向上的力做勻加速運動.即可認為符合三角形法則和平行四邊形法則3.如圖4.為便于理解,也可證明如下：設有靠在一起的6個小球小球1、2、3、4、5、6,它們半徑和質量相等,小

16、球的密度均勻,半徑記作r,質量記作m,排列方式如圖5: 圖5 小球排列示意圖 圖6 受力及運動分析圖Figure 5 Arrangement of small balls Force and motion analysis chart參照圖4中的正方形ABCD及其含義,我們則可做出如圖6的圖形,矩形ABEF中AF則可看做是AE和AB的合力,也可看作是AD和DF的合力,即三角形法則.因為DF和AG都是豎直向上的力,大小相等,因此AF則可看做是AD和AG的合力.因為AG、DF為矩形ABEF的兩條邊上的線段,即AG平行于DF,且AG=DF,所以AGFD為平行四邊形,所以,平行四邊形法則成立.證畢.現(xiàn)

17、假設太陽系中太陽及兩顆行星的原軌道示意圖如圖7,其中,1、2、3、4表示其中的一顆小行星相對于另一顆大行星位置變化的四種形式.就形式2、4和形式1、形式3分別做正視圖如圖8、9、10圖7 太陽系中太陽及兩顆行星的原軌道示意圖Figure 7 The original orbits of the sun and two planets in the solar system圖8 小行星相對于大行星位置變化形式2、4正視圖Figure 8 Position change of asteroid relative to major planet 2, 4 front view圖9 小行星相對于大行星

18、位置變化形式1正視圖Figure 9 Position variation of asteroid relative to major planet 1 front view圖10 小行星相對于大行星位置變化形式3正視圖Figure10 Position variation of asteroid relative to major planet 3 front view如圖8,就形式2、4而言,以太陽為參照物,若視為大行星相對于太陽而言的類向心力和做勻速運動的達到平衡,只考慮類向心力不考慮平衡狀態(tài)勻速運動的反向作用,則可認為大行星和太陽位置在1個單位時間內(nèi)相對的位移,在圖中表示為FH,該位移

19、可看做大行星向FE和EH的位移,也可看做是向FI和IH的位移.由于小行星和太陽在正視圖中圓心處于同一位置,則同時還會有類向心力作用,在1個單位時間內(nèi)相對的位移在圖中表示為HG.顯然這種改變只是軌道半徑的改變,而不是大行星和小行星軌道面的改變.同理,如圖9,就形式1而言,以太陽為參照物,在太陽的類引力作用下,大行星和太陽位置在1個單位時間內(nèi)相對的位移在圖中表示為FH,在小行星的類引力作用下,則可認為向FE方向上的位移的基礎上,還有一個ED的位移,即以太陽為參照物,大行星和太陽位置在1個單位時間內(nèi)相對的位移在圖中表示為FG.同理,小行星以太陽為參照物,小行星和太陽位置在1個單位時間內(nèi)相對的位移在圖

20、中表示為MO. 顯然這種改變已不只是軌道半徑的改變,而同時還有大行星和小行星軌道面的改變,這種軌道面的改變是向軌道共面方向的改變.而圖10中,就形式3而言,也會存在大行星和小行星軌道面的改變的情況,這種軌道面的改變是反向軌道共面的方向的改變.盡管兩顆行星的位置不同,但相對于太陽而言是相同的距離,所有兩圖中的MN相等、FJ相等,同時,因兩顆行星相對位置的變化,形式3下的KL和ED小于形式1下的KL和ED,因此這種反向于軌道共面方向的改變要小于向軌道共面方向的改變.當這種改變不斷的積累起來,便會形成太陽系行星軌道共面現(xiàn)象或接近共面現(xiàn)象.從類引力作用的角度也可作上述分析,得出上述結論.其他情況可參照

21、該分析進行,在此不贅述.三個以上的多體也可參照該分析進行,在此不贅述.與太陽系行星軌道共面現(xiàn)象同理,包括銀河系在內(nèi)的星系共面現(xiàn)象也是多體類引力作用所導致.在此不贅述.結 語“盡管萬物之理難以企及，但是，追求美是人類的天性，追求一個統(tǒng)一的萬物之理便是這種天性在物理學中的體現(xiàn)”4.“睜大你的眼睛尋求宇宙的真正本質一直是物理學的最基本目的之一”513.在愛因斯坦遺憾地把未完成的“統(tǒng)一理論”交給后人后，作為弦理論領軍人物的布賴恩格林和作為圈量子引力的創(chuàng)始人李斯莫林和面對自己的“統(tǒng)一理論”卻又不得不寫下這樣的語言，如布萊恩格林在宇宙的結構中如此坦言：“徹底地理解時間和空間已成為最令物理學家膽怯的挑戰(zhàn)，而

22、它同時也是最受歡迎的獵物”57.“時間的每個方向,向前或向后,在定律中都沒有區(qū)別，而這是一個巨大謎團的起源.基礎物理學方程中并無時間方向的區(qū)別,這與我們的日常生活經(jīng)驗是不一致的”514.李斯莫林在時間重生一書的前言 “時間是什么”中則如此寫到:這個問題看似簡單,卻又無比重要,在我們探索宇宙奧秘的過程中,它首當其沖,從宇宙大爆炸到宇宙的未來,從量子物理學的困惑到力與粒子的大統(tǒng)一,物理學家與宇宙學家面前的一切難題,歸根結底都是在問:時間是什么”6.基于時間形態(tài)理論,我們在該文中雖然已經(jīng)就天體運行中的公轉和共面現(xiàn)象做了粗淺的分析,也涉及到了水星的進動,哈雷彗星的周期性回歸等內(nèi)容,但這僅僅是宇宙模型中

23、天體運行的一部分內(nèi)容,其他的相關內(nèi)容,比如行星為什么自轉地球的自轉為什么會變慢等,我們將在以后的文章中再作相關的闡釋.致謝 感謝 對論文的討論指正和審稿人的審稿參考文獻1 張一陽,張西震.四維時空下的宇宙模型（修訂稿）DB/OL. (2022-03-23). 國家科技圖書文獻中心2 張一陽, 張西震. 時間形態(tài)的可能性分析及其常數(shù)A的估算DB/OL. (2021-01-04). 國家科技圖書文獻中心3 伊薩克牛頓.(王科迪譯).自然哲學之數(shù)學原理M.西安:陜西人民出版社,武漢出版社出版.2001:19-20 4 張?zhí)烊?愛因斯坦與萬物之理：統(tǒng)一路上的人和事M.北京:清華大學出版社.2016:前

24、言 5 布萊恩格林.（劉茗引譯）.宇宙的結構：空間、時間以及真實的意義M.湖南：湖南科學技術出版社出版.2012:13、7、14 6 李斯莫林,(鐘益鳴譯).時間重生M.浙江人民出版社.2017:前言注1.在時間形態(tài)的可能性分析及其常數(shù)A的估算一文中,我們曾在如此標注:（水星旋進、地球的軌道偏離圓形及太陽到地球的距離正在變大等現(xiàn)象將在四維時空下的天體運行一文中進行進一步的探討）,鑒于篇幅所限,該文僅就水星進動做了進一步的闡釋.該文可看做四維時空下的天體運行一文的一部分內(nèi)容.2.時間形態(tài)的可能性分析及其常數(shù)A的估算一文中“水星旋進”一詞規(guī)范表述應為“水星進動”.3.該文據(jù)原論文:張一陽,張西震.四維時空下星球公轉和軌道共面現(xiàn)象分析DB/OL.(2021-03-29).國家科技圖書文獻中心修訂.Analysis of the coplanar phenomenon of planetary revolution and orbit in four dimensional space time Zhang Yi-Yang 1) Zhang Xi-Zhen 2) 1) (Shanxian 274300, China.) 2) (Shanxian committee of CPPCC, Shanxian 274300, China.) AbstractForce is