開普勒定律的本質(zhì)

1、 量子三維常數(shù)理論 開普勒定律的本質(zhì) 胡良，深圳市宏源清實(shí)業(yè)有限公司 摘要：從萬有引力公式形成的過程來看，萬有引力是觀測(cè)太陽系內(nèi)的行星公轉(zhuǎn)規(guī)律的經(jīng)驗(yàn)公式（開普勒三大定律）。然后，牛頓提出了（并沒有實(shí)際論證）萬有引力定律，并將萬有引力定律視為基本定律（在所有條件下，都成立）。根據(jù)狄拉克的大數(shù)假說，萬有引力常數(shù)與宇宙的年齡成反比，這意味著隨著宇宙的演化，萬有引力常數(shù)會(huì)變得越來越小。這意味著，萬有引力常數(shù)會(huì)隨著時(shí)間的推移而發(fā)生變化。萬有引力常數(shù)并不一定是物理學(xué)常數(shù)；萬有引力常數(shù)是某些變量的函數(shù)。關(guān)鍵詞:開普勒定律，萬有引力定律，物理學(xué)常數(shù)，質(zhì)心系，質(zhì)點(diǎn)，質(zhì)量，萬有引力，質(zhì)量場(chǎng)，作用力，反作用力，杠桿

2、平衡，背景空間，光子作者：總工，高工，碩士，總經(jīng)理 HYPERLINK mailto:,2320051422 ,23200514220引言萬有引力定律（引力模型）是解釋物體相互之間作用的引力的定律。該定律指出，任意兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)之間，通過連心線方向上的力相互吸引。萬有引力的的大小與它們兩個(gè)的質(zhì)量乘積成正比，并與該兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)之間距離的平方成反比。宇宙天體的質(zhì)量是一個(gè)重要的物理學(xué)量，當(dāng)小質(zhì)量天體遇到大質(zhì)量天體的時(shí)，就只能處于從屬地位。衛(wèi)星的質(zhì)量小于行星，因此，衛(wèi)星圍繞行星運(yùn)行；行星的質(zhì)量小于恒星，因此，行星圍繞恒星運(yùn)行。顯然，當(dāng)小質(zhì)量天體遇到大質(zhì)量天體的時(shí)，就會(huì)被其引力捕獲為其附屬天體。萬有引力定律可用于

3、來做許多的事情；例如，計(jì)算在什么地方發(fā)射火箭才能將探測(cè)器送到預(yù)定的位置等。但是，對(duì)于星系的運(yùn)動(dòng)來說，根據(jù)引力模型計(jì)算的結(jié)果誤差太大；于是，物理學(xué)家認(rèn)為，宇宙中一定還有暗物質(zhì)（暗物質(zhì)與光不相互作用，所以看不到）。物理學(xué)家引入暗物質(zhì)就是為了微調(diào)某些參數(shù)來確保觀測(cè)結(jié)果與理論相符合。該理論模型需要假設(shè)大量暗物質(zhì)的存在，宇宙中暗能量占68%，暗物質(zhì)占27%，而可見的各種天體（行星，恒星及星系等）僅只占5%?？墒?，到目前為止，對(duì)暗能量探測(cè)仍然一無所獲。根據(jù)狄拉克的大數(shù)假說，萬有引力常數(shù)與宇宙的年齡成反比；這意味著，隨著宇宙的演化，萬有引力常數(shù)會(huì)變得越來越小（萬有引力常數(shù)會(huì)隨著時(shí)間的推移而發(fā)生變化）；這意味

4、著，萬有引力常數(shù)可能是某些變量的函數(shù)。英國科學(xué)家借助超級(jí)計(jì)算機(jī)對(duì)星系進(jìn)行的模擬表明，一種新的引力模型（所謂的變色龍理論）也可解釋星系的形成。該理論被稱為變色龍理論，是因?yàn)樗罁?jù)環(huán)境改變行為。這一發(fā)現(xiàn)發(fā)表在2019年7月8日的自然天文學(xué)雜志上。物理學(xué)實(shí)際上是一系列科學(xué)假說形成的理論體系；在體系發(fā)展演變過程中，將會(huì)不斷出現(xiàn)新的假說理論，對(duì)原有系統(tǒng)起到增補(bǔ)及修正等。從萬有引力公式形成的過程來看，萬有引力是觀測(cè)太陽系內(nèi)的行星公轉(zhuǎn)規(guī)律的經(jīng)驗(yàn)公式（開普勒三大定律）。然后，牛頓提出了（并沒有實(shí)際論證）萬有引力定律，并將萬有引力定律視為基本定律（在所有條件下，都成立）?？涩F(xiàn)實(shí)情況是，在宇宙尺度上，萬有引力定律

5、出現(xiàn)了問題。當(dāng)然，萬有引力定律具有里程碑式的意義；可隨著科學(xué)的不斷發(fā)展，其局限性也不斷地凸顯出來。總之，從已有的大量觀測(cè)數(shù)據(jù)來看，萬有引力定律（引力模型）成立的邊界條件是，一個(gè)大質(zhì)量物體及一個(gè)小質(zhì)量物體之間的聯(lián)系。這意味著，萬有引力定律需要拓展。1質(zhì)點(diǎn)系的內(nèi)涵1.1質(zhì)點(diǎn)系將物體視作是一個(gè)具有質(zhì)量，但是大小及形狀可忽略不計(jì)的理想物體，就稱為質(zhì)點(diǎn)；質(zhì)點(diǎn)是具有質(zhì)量但不存在體積與形狀的點(diǎn)。兩個(gè)（或兩個(gè)）以上相互具有聯(lián)系的的質(zhì)點(diǎn)組成的力學(xué)系統(tǒng)就稱為質(zhì)點(diǎn)系（質(zhì)點(diǎn)組）。而，質(zhì)心是多質(zhì)點(diǎn)系統(tǒng)的質(zhì)量中心；若對(duì)該質(zhì)心施加力，質(zhì)點(diǎn)系統(tǒng)將會(huì)沿著力的方向運(yùn)動(dòng)（不會(huì)旋轉(zhuǎn)）。質(zhì)點(diǎn)位置對(duì)質(zhì)量加權(quán)取平均值，就可得質(zhì)心位置。換句

6、話說，質(zhì)點(diǎn)系的質(zhì)量中心是指物質(zhì)系統(tǒng)上被認(rèn)為質(zhì)量集中在此的質(zhì)心（一個(gè)假想點(diǎn)）。該質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量等價(jià)于質(zhì)點(diǎn)系的總質(zhì)量（表征質(zhì)點(diǎn)系的質(zhì)量分布）；而該質(zhì)點(diǎn)上的作用力則等于作用于質(zhì)點(diǎn)系上的所有外力平行地移到這一點(diǎn)上；質(zhì)點(diǎn)系的質(zhì)心運(yùn)動(dòng)跟一個(gè)位于質(zhì)心的質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方式相同。顯然，假如，用，m1,m2,.,mi,.,mn,分別表達(dá)質(zhì)點(diǎn)系中各質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量；用,r1,r2,.,ri,rn,分別表示各質(zhì)點(diǎn)的矢徑；用,rc,表達(dá)質(zhì)心矢徑；用,M,表示質(zhì)點(diǎn)系的總質(zhì)量。則有,rc=mi rimi = mi riM 。從另一個(gè)角度來看，則有，xc=mi ximi = mi xiM ; yc=mi yimi = mi yiM ; z

7、c=mi zimi = mi ziM 。更進(jìn)一步來說，用,V1,V2,.,Vi,Vn,分別表示各質(zhì)點(diǎn)的矢量速度；用,Vc,表達(dá)質(zhì)心矢量速度。則有， Vc=mi Vimi = mi ViM。用，1，2，.,i,.n,分別表示各質(zhì)點(diǎn)的矢量加速度；用,c,表達(dá)質(zhì)心矢量加速度。則有，c=mi imi = mi iM。這意味著，d2 rcdt2 = Fi(O)M，其中，F(xiàn)i(O)，表達(dá)作用于質(zhì)點(diǎn)系上的所有外力的矢量和。1.2質(zhì)點(diǎn)系的質(zhì)心對(duì)于兩個(gè)物體（質(zhì)點(diǎn)）共同構(gòu)成一個(gè)質(zhì)點(diǎn)系來說；因此，該質(zhì)點(diǎn)系一定存在一個(gè)質(zhì)心（O），而質(zhì)心（O）一定在兩個(gè)物體（質(zhì)點(diǎn)）連心線上。該質(zhì)點(diǎn)系的質(zhì)心（O）在兩個(gè)物體的連心線（直線

8、）上；但是，該質(zhì)點(diǎn)系的質(zhì)心（O）并不一定正好在連心線（直線）的正中間；類似于，對(duì)于杠桿平衡來說，杠桿的支點(diǎn)（O）并不一定要求在正中間。第一個(gè)物體相對(duì)于該質(zhì)點(diǎn)系的質(zhì)心（O）的離心力(F1)；可表達(dá)為：F1=m1(2)r1;其中，F(xiàn)1，第一個(gè)物體相對(duì)于該質(zhì)點(diǎn)系的質(zhì)心（O）的的離心力；m1，第一個(gè)物體的質(zhì)量（質(zhì)量荷，引力荷）；r1，第一個(gè)物體到達(dá)該質(zhì)點(diǎn)系的質(zhì)心（O）的距離；，第一個(gè)物體到達(dá)相對(duì)于該質(zhì)點(diǎn)系的質(zhì)心（O）的角速度；第二個(gè)物體相對(duì)于該質(zhì)點(diǎn)系的質(zhì)心（O）的離心力(F2)；可表達(dá)為：F2=m2(2)r2;其中，F(xiàn)2，第二個(gè)物體相對(duì)于該質(zhì)點(diǎn)系的質(zhì)心（O）的的離心力；m2，第二個(gè)物體的質(zhì)量（質(zhì)量荷，

9、引力荷）；r2，第二個(gè)物體到達(dá)該質(zhì)點(diǎn)系的質(zhì)心（O）的距離；，第二個(gè)物體到達(dá)相對(duì)于該質(zhì)點(diǎn)系的質(zhì)心（O）的角速度。顯然，F(xiàn)1=m1(2)r1=F2=m2(2)r2;或，m1r1=m2r2。值得一提的是，從該兩個(gè)物體輻射相同頻率的光子到達(dá)該質(zhì)點(diǎn)系的質(zhì)心（O），則該質(zhì)點(diǎn)系的質(zhì)心（O）收到的光子頻率完全相同。2經(jīng)典萬有引力定律表達(dá)式從經(jīng)典萬有引力定律來看，對(duì)于一個(gè)物體（AN）與另一個(gè)物體（AM）之間聯(lián)系來說： 兩個(gè)物體之間的萬有引力（F）來說，可表達(dá)為：F=Gm1m2L(2) = m11= m22 ；其中，F(xiàn)，萬有引力，量綱，*L(1)T(-2);G，萬有引力常數(shù)，量綱，；m1，第一個(gè)物體的質(zhì)量（質(zhì)量荷

10、），量綱，；m2，第二個(gè)物體的質(zhì)量（質(zhì)量荷），量綱，；L ，該兩個(gè)物體之間距離，量綱，L(1)T(0)L(1)T(-2)L(1)T(-2)。根據(jù)經(jīng)典萬有引力定律，兩個(gè)物體之間的萬有引力（F）也可表達(dá)為：F=Gm1m2L(2) =（4G）m1m24L(2)=（4G）m1m2SL=（4G）m1m24(r1+r2)(2)=（4G）m1m24r1(2)+r2(2)+2r1r2=（4G）m1m1Sr1+Sr2+4(2r1r2)值得一提的是，SL=4L(2)=4(r1+r2)(2)=4r1(2)+r2(2)+2r1r2=4r1(2)+4r2(2)+4(2r1r2)=Sr1+Sr2+4(2r1r2)。其中，

11、F，經(jīng)典萬有引力；L ，該兩個(gè)物體之間的距離；r1,第一個(gè)物體到該質(zhì)點(diǎn)系的質(zhì)心（O）的距離；r2,第二個(gè)物體到該質(zhì)點(diǎn)系的質(zhì)心（O）的距離；SL，球面的面積（半徑是L ）；Sr1，球面的面積（半徑是r1）；Sr2，球面的面積（半徑是r2 ）。3萬有引力定律的拓展在萬有引力作用下，由于月球的質(zhì)量遠(yuǎn)小于地球，所以，月球圍繞著地球旋轉(zhuǎn)；由于地球的質(zhì)量遠(yuǎn)小于太陽，所以，地球圍繞著太陽旋轉(zhuǎn)；由于太陽的質(zhì)量遠(yuǎn)小于銀河中心，所以，太陽圍繞著銀河中心旋轉(zhuǎn)。這意味著，宇宙中的天體之間的運(yùn)動(dòng)總是圍繞一個(gè)共同的質(zhì)心進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。由于，質(zhì)量大的物體與共同質(zhì)心的距離總是更近；因此，質(zhì)量大的物體總是處于質(zhì)心系的中心。由于整個(gè)宇

12、宙都在不停地旋轉(zhuǎn)當(dāng)中，因此，宇宙具有核式結(jié)構(gòu)。假設(shè)，月球與地球的質(zhì)量大小完全相同，則月球與地球?qū)⑾嗷ダ@行。假設(shè)，月球比地球的質(zhì)量大很多（月球就類似于太陽），則地球?qū)@月球運(yùn)行。觀測(cè)結(jié)果表明，經(jīng)典萬有引力定律成立的條件是，質(zhì)量較小的物體圍繞質(zhì)量較大的物體運(yùn)行。值得一提的是， 對(duì)于一個(gè)鐵球與地球來說，地球?qū)﹁F球有萬有引力；鐵球?qū)Φ厍蛞灿腥f有引力，鐵球?qū)Φ厍虻娜f有引力，將使得地球向鐵球運(yùn)動(dòng)；這意味著，大的鐵球?qū)⒈刃〉蔫F球更快落地。萬有引力定律有必要進(jìn)行拓展，根據(jù)質(zhì)點(diǎn)系的質(zhì)心（O）內(nèi)涵及物理學(xué)對(duì)稱性原理，兩個(gè)物體之間拓展的萬有引力（F/）應(yīng)該表達(dá)為：F/=fnm(1/2)m1m24r1(2)+r2(

13、2) =fnm(1/2)m1m24r1(2)+4r2(2)=fnm(1/2)m1m2Sr1+Sr2 =（fnm/8）m1m2r1(2)+r2(2)其中，F(xiàn)/，拓展萬有引力；fnm,萬有引力耦合系數(shù)，量綱，；r1,第一個(gè)物體到該質(zhì)點(diǎn)系的質(zhì)心（O）的距離；r2,第二個(gè)物體到該質(zhì)點(diǎn)系的質(zhì)心（O）的距離；Sr1，球面的面積（半徑是r1）；Sr2，球面的面積（半徑是r2）。第一種情況，質(zhì)量較小的物體圍繞質(zhì)量較大的物體運(yùn)行；此時(shí)，r2r1，及，r1L 。顯然， r1(2)+r2(2)/(r1+r2)(2)1。拓展的萬有引力（F/）可表達(dá)為：F/=fnm(1/2)m1m24r1(2)+r2(2) =fnm(

14、1/2)m1m2Sr1+Sr2 fnm(1/2)m1m24(r1+r2)(2)=fnmm1m28L(2)=（fnm/8）m1m2L(2) =Gm1m2L(2)= F ；假設(shè)，G=fnm/8這意味著，質(zhì)量較小的物體圍繞質(zhì)量較大的物體運(yùn)行時(shí)，經(jīng)典萬有引力定律成立。換句話說，質(zhì)量較小的物體圍繞質(zhì)量較大的物體運(yùn)行時(shí)，拓展的萬有引力（F/）約等于經(jīng)典萬有引力（F）。第二種情況，兩個(gè)具有完全相同質(zhì)量的物體相互繞行時(shí)，則有，r1=r2 ；顯然， r1(2)+r2(2)/(r1+r2)(2)=r1(2)+r2(2)/r1(2)+r2(2)+2r1r2=1/2， 或,2r1(2)+r2(2)=(r1+r2)(2

15、)；在這種情況下，拓展的萬有引力（F/）可表達(dá)為：F/=fnm(1/2)m1m24r1(2)+r2(2) =fnmm1m242r1(2)+r2(2)=fnmm1m24r1(2)+r2(2)+2r1r2= fnmm1m24(r1+r2)(2)= fnmm1m24L(2)=（fnm/4）m1m2L(2)=2G m1m2L(2) =2 F；這意味著，兩個(gè)具有完全相同質(zhì)量的物體相互繞行時(shí)，拓展的萬有引力（F/）是經(jīng)典萬有引力（F）的兩倍。值得一提的是，庫侖定律，就類似于這種情況；這也是庫侖力大于經(jīng)典萬有引力的原因?？傊?，拓展的萬有引力（F/）總是大于經(jīng)典萬有引力（F），即，F(xiàn)/F。4庫侖力定律對(duì)于一個(gè)

16、正電荷及一個(gè)負(fù)電荷之間的庫侖力來說，可表達(dá)為：Fe=140q1q2L(2)=140q1q2(r1+r2)(2)=140q1q22r1(2)+r2(2) = 140(1/2)q1q2r1(2)+r2(2) = fp4(1/2)q1q2r1(2)+r2(2);其中，F(xiàn)e，庫侖力；fp,普朗克頻率；0，真空介電常數(shù)；q1，q2，單位電荷；r1,第一個(gè)電荷到該質(zhì)點(diǎn)系的質(zhì)心（O）的距離；r2,第二個(gè)電荷到該質(zhì)點(diǎn)系的質(zhì)心（O）的距離；L ，該兩個(gè)單元電荷之間的距離。5廣義萬有引力兩個(gè)物體之間的廣義萬有引力（Fnm）可表達(dá)為：Fnm=（fnm/4）(1/2)m1m2r1(2)+r2(2)=fnm(1/2)m

17、1m24r1(2)+r2(2)=fnm(1/2)m1m2Sr1+Sr2 =（fnpfmp）(1/2)m1m24r1(2)+r2(2) =（fnpfmp）(1/2)m1m24r1(2)+4r2(2)=（fnpfmp）(1/2)m1m2Sr1+Sr2 =（fnpfmp/4 ）(1/2)m1m2r1(2)+r2(2)=m1m2(4/3)r1(3)(4/3)r2(3) /4(1/2)m1m2r1(2)+r2(2)=34m1m2r1(3)r2(3)/4 (1/2)m1m2r1(2)+r2(2)=316（2）m1m2r1(3)r2(3)(1/2)m1m2r1(2)+r2(2) =m1(4/3)r1(3)m

18、2(4/3)r2(3)(1/2)m1m24r1(2)+4r2(2) =12m1(4/3)r1(3)m2(4/3)r2(3)m1m24r1(2)+4r2(2) ；從另一個(gè)角度來看，F(xiàn)nm*4r1(2)+4r2(2)=m1(4/3)r1(3)m2(4/3)r2(3) *(1/2)*（m1m2)值得一提的是，fnm=fnpfmp=m1m2(4/3)r1(3)(4/3)r2(3)=m1(4/3)r1(3)m2(4/3)r2(3) =34m1m2r1(3)r2(3)；其中，fnp=m1(4/3)r1(3)=34m1r1(3),第一個(gè)物體的引力耦合系數(shù)；fmp=m2(4/3)r2(3)=34m2r2(3)

19、,第二個(gè)物體的引力耦合系數(shù)；fnm=fnpfmp，兩個(gè)物體之間的萬有引力耦合系數(shù)，量綱，L(0)T(-1)；Fnm，廣義萬有引力；m1，第一個(gè)物體的質(zhì)量（質(zhì)量荷，引力荷）；m2，第二個(gè)物體的質(zhì)量（質(zhì)量荷，引力荷）；Sr1，球面的面積（半徑是r1）；Sr2，球面的面積（半徑是r2）；fnp=1,第一個(gè)孤立量子體系（物體）的耦合質(zhì)量密度，量綱，；fmp=2,第二個(gè)孤立量子體系（物體）的耦合質(zhì)量密度，量綱，；r1,第一個(gè)孤立量子體系（物體）到該質(zhì)點(diǎn)系的質(zhì)心（O）的距離；r2,第二個(gè)孤立量子體系（物體）到該質(zhì)點(diǎn)系的質(zhì)心（O）的距離；fnm=fnpfmp，萬有引力耦合系數(shù)。這意味著，物體的耦合質(zhì)量密度越

20、大，物體之間的萬有引力耦合系數(shù)（fnm）就越大，物體相互之間的廣義萬有引力也越大。這意味著，萬有引力常數(shù)（G）可能并不是物理學(xué)常數(shù)。例如1，質(zhì)量較小的物體圍繞質(zhì)量較大的物體運(yùn)行；此時(shí)，r2r1，r1L；顯然，r1(2)+r2(2)/(r1+r2)(2)1；則有，F(xiàn)nm=（fnm/8）m1m2r1(2)+r2(2)=fnmm1m28r1(2)+r2(2)=fnmm1m22Sr1+Sr2 =（fnpfmp）m1m28r1(2)+r2(2) =（fnpfmp）m1m22Sr1+Sr2=（fnpfmp/8 ）m1m2r1(2)+r2(2) （fnpfmp/8 ）m1m2r1(2)1+r2(2)/r1(

21、2)=（fnpfmp/8 ）m1m2r1(2)1+m1(2)/m2(2)（fnpfmp/8 ）m1m2(r1+r2)(2)=（fnpfmp/8）m1m2L(2)=332（2）m1m2r1(3)r2(3)m1m2L(2) 。例如2，兩個(gè)具有完全相同質(zhì)量的物體相互繞行時(shí)；則有，F(xiàn)nm=（fnm/8）m1m2r1(2)+r2(2)=fnmm1m28r1(2)+r2(2)=fnmm1m22Sr1+Sr2 =（fnpfmp）m1m28r1(2)+r2(2) =（fnpfmp）m1m22Sr1+Sr2=（fnpfmp/4 ）m1m2(r1+r2)(2) =（fnpfmp/4 ）m1m2L(2)=34m1m2r1(3)r2(3)/4*m1m2L(2)=316（2）m1m2r1(3)r2(3)*m1m2L(2)。