論質(zhì)量的萬有引力與熱力學溫度的關系

1、論質(zhì)量的萬有引力與熱力學溫度的關系芻鄒偉明山東大學微生物學研究所(山東濟南 山大南路27號(250100)摘 要：本文對質(zhì)量的萬有引力與熱力學溫度的關系進行了研究探討，發(fā)現(xiàn)了熱力 學溫度T與質(zhì)量的萬有引力F存在反比作用關系因而提出了萬有引力F屬于質(zhì)量冷引力的觀點并認為萬有引力F與m1與m2的加和呈正比而與m1和m2的間距r+1呈反 比因而提出了修正的萬有引力溫度關系式。提出了質(zhì)量冷聚集力Fk和質(zhì)量熱離散力Ft屬于互呈反比關系的質(zhì)量表面屬性的觀點，認為作用熱度T可當量消除分子質(zhì)量或原子質(zhì)量m0的Fk0而轉變成Ft0,并由于分子質(zhì)量m0與Ft0呈反比和與Fk0呈正比 的關系使得分子依據(jù)作用溫度的不

2、同而表現(xiàn)出了不同的存在狀態(tài)。根據(jù)本文提出的萬有引力溫度關系式粗略計算了太陽 m1的質(zhì)量引力F1而發(fā)現(xiàn)太陽的F1引力呈負值表現(xiàn)， 并推測太陽的空間引力F1可能是一種與其m1質(zhì)量和內(nèi)空間熱度T呈正比的質(zhì)量熱引 力關系。關鍵詞：萬有引力；熱力學溫度；質(zhì)量中圖分類號:O03011.引言已知萬有引力是質(zhì)量的固有屬性，由于分子相互間存在著質(zhì)量引力關系并依環(huán)境 溫度的不同而使得分子表現(xiàn)不同的存在狀態(tài)。例如水處于零度以下的常壓溫度時呈固 體存在，處于零到100度的常壓溫度范圍內(nèi)呈液體存在，處于高于100度以上的常壓溫度時則形成水蒸汽，處于高于647.39K以上絕對溫度條件時則轉變成氣體分子。而常溫常壓條件下呈

3、氣態(tài)的分子轉入低溫條件下時則轉變成液態(tài)，在更低溫度條件下則趨于轉變成固體形式。因此，作用溫度與分子的存在狀態(tài)有著相對應的關系并且對 質(zhì)量m所表現(xiàn)的萬有引力也應該具有相應的作用效果。本文從分子的存在狀態(tài)入手， 對質(zhì)量的萬有引力與熱力學溫度的關系進行研究探討。2.質(zhì)量的萬有引力與熱力學溫度的關系眾所周知，萬有引力是物體質(zhì)量的固有屬性。遵從萬有引力定律，物體的質(zhì)量m越大，其萬有引力F越大，作用距離r越短，其萬有引力F越強，即：m x mr2由于萬有引力F屬于m1和m2的相互合成力，因此，單物體的m1和m2表現(xiàn)的質(zhì)量引 力F1或F2分別為：F1 = G如果以m1代表地球質(zhì)量，則處于地球半徑空間距離r位

4、置的靜止物體m2所表現(xiàn)的重 量W應為：W = F = G mi X m2 = F x F r2i 2由于處于地球m1表面的物體m2所表現(xiàn)的最大重量 W是以萬有引力F的作用半徑距 離r的單位數(shù)等于0時所表現(xiàn)的質(zhì)量引力關系，但是，當萬有引力關系式中的兩物體之間的半徑距離單位數(shù)r小于1時的萬有引力F的計算結果趨于無窮大，而處于r = 0 位置的物體m2的萬有引力F的計算結果卻只能等于零，因此，上式中的球面之間的 引力半徑距離單位數(shù)r不應該出現(xiàn)倒算術級進中的0數(shù)，本文把計算式中的引力半徑 距離單位數(shù)r均加上整數(shù)1而形成了 r + 1的實用計算數(shù)以使萬有引力F與萬有引力 源m1和m2的質(zhì)量成為當量正比關

5、系而與引力作用距離 r成為等值反比關系從而形成了萬有引力F的實用關系式，即:=F = G X % = F X F(r + 1 力 12該式表示當處于地球質(zhì)量mj的半徑距離r位置的靜止物體m2所受到的地球質(zhì)量引力 F1與物體m2的質(zhì)量引力F2的乘積既應表現(xiàn)為物體 m2的重量W。此時則提出這樣一 個問題:如果設上式中的兩物體 m1和m2的質(zhì)量相等，當m1與m2間隔r+1=1半徑距 離時表現(xiàn)的萬有引力F或物體m2表現(xiàn)的重量W是依據(jù)兩個質(zhì)量引力源 m1與m2的乘 積m2計算出的物理量，而當以上兩物體m1和m2的分質(zhì)量相加合并成一體總質(zhì)量 m 時所表現(xiàn)的質(zhì)量引力F0卻只能是與m1與m2的加和呈正比關系，

6、因此而得知，經(jīng)典 萬有引力計算公式中的物體的質(zhì)量 m0呈算術變化時，其表現(xiàn)的質(zhì)量引力 F0則是按 m0的分質(zhì)量的平方數(shù)變化的，因而使得物體表現(xiàn)的質(zhì)量引力F0與該物體的質(zhì)量m0呈非當量等值關系。因此，為了使質(zhì)量引力F0或萬有引力F與物體質(zhì)量m保持當量引力關系，本文將經(jīng)典萬有引力計算公式修改為：G(m1 + m2)= F + F r + 112并將該公式定義為：物體m1和m2之間表現(xiàn)的萬有引力F與物體質(zhì)量m1與m2的加和 呈正比而與其間的引力半徑距離r+1呈反比并屬于物體m1的質(zhì)量引力F1與物體m2 的質(zhì)量引力F2的疊加力。當物體m2的質(zhì)量比較大時，以上的萬有引力關系應該是準確的，但是當物體m2的

7、質(zhì)量很小或為游離分子時，其所表現(xiàn)的重量W則會根據(jù)環(huán)境溫度的不同而有所變化。例如，二氧化碳是空氣中質(zhì)量比較大的氣體分子因而在常溫靜息空間中趨于處于 空氣下層，但是在燃燒過程中產(chǎn)生的暖熱二氧化碳氣體則形成上升氣流，由此產(chǎn)生的 氣體上升力稱為熱浮力，熱氣球就是依據(jù)空氣受熱上浮原理制成的航空器，而游離水 體分子在受熱時趨于上升到水體表層，在受冷時則趨于下沉到水體底層。形成游離分 子熱升冷降的原因可以這樣理解：位于地球半徑空間r距離處的游離分子m2遵從萬有引力定律而表現(xiàn)游離分子的重量 W，當分子m2受熱上升時說明該游離分子的重量 W減小了，當分子m2受冷下沉時說明該游離分子的重量 W增大了。已知單物體的

8、質(zhì) 量引力與該物體的質(zhì)量呈正比而與其引力作用距離呈反比，由于處于熱浮或冷降趨勢的靜止游離分子的絕對質(zhì)量 m2和F1的引力作用半徑r均無變化，因此，使靜止游 離分子m2的重量W變化的決定因素只能是游離分子 m2的質(zhì)量引力F2發(fā)生了變化。 又已知質(zhì)量為m2的靜止物體的重量 W等于質(zhì)量引力F1與F2的加和，因此，當游離 分子m2受熱時，其F2會相應減小而使得其重量 W相應減小，當游離分子m2受冷時， 其F2則會相應增大而使得其重量 W相應增大，因此而形成如下質(zhì)量引力關系：F _ m x k - T r + 1式中的k為物體質(zhì)量m2與環(huán)境冷度值的乘積系數(shù)。由此可知，當 T2降低時，處于均 質(zhì)流體空間中

9、的靜止懸浮物體或游離分子 m2的F2和W會相應增大而使得該物體或 分子m2趨于順F引力方向下沉，當T2降低時至達到絕對零度時，該物體或分子m2的F2和W就會相應增大至最大值。當T2升高時，該靜止懸浮物體或游離分子 m2的 F2和W則會相應減小而使得物體或分子 m2趨于逆F1引力源方向上升或上浮，當T2 升高至達到使靜止懸浮物體或游離分子m2的W為零的環(huán)境溫度時，物體或分子 m2則會上升或上浮到均質(zhì)氣體或水體表層之上而呈自由懸浮狀態(tài)。由此可知，熱力學溫 度T具有當量降低和消除物體質(zhì)量引力的作用，或者說熱力學溫度T2與物體m2的質(zhì)量引力F2存在反比作用關系。已知萬有引力F表現(xiàn)的是物體質(zhì)量m1與m2

10、之間的相互吸引關系并且地球的質(zhì)量 m1為5.977X 1027g，可以理解地球m1的質(zhì)量引力F1應為:F _ G x m】_ (6.672 x 10-8)(5.977 x 1027g) 1 r +1r +1由于熱力學溫度T表現(xiàn)的是空間的熱度，因此，如果設空間熱度 T的總值為T，設 空間冷度為K和K的總值為K并且T與K屬于等值反比關系，則兩個相對作用的 物體m1與m2之間表現(xiàn)的萬有引力F就應該與m1與m2的作用冷度呈正比關系。如果 設空間冷度的總值K等于1，則質(zhì)量的萬有引力F與熱力學溫度的關系就可表示為：F _ G(m】x K)區(qū) x K。 _1 _(r + 1)2 2a由此可知，當受物體質(zhì)量m

11、1的F1引力作用的靜止物體m2處于冷度作用狀態(tài)時所形成 的重量W應趨于表現(xiàn)最大值，而當 m2處于熱度作用狀態(tài)時所形成的重量 W則應趨 于表現(xiàn)最小值，因此，處于均質(zhì)流體空間中的靜止游離分子m2的作用溫度T2與其質(zhì)量m2的比值就應表示為該游離分子 m2的單位體積質(zhì)量密度，當該比值小于環(huán)境空間 介質(zhì)的質(zhì)量密度時則表現(xiàn)重量排斥力而促使該游離分子m2做與萬有引力源F1反向的平衡遷移運動并一直達到與環(huán)境空間介質(zhì)的質(zhì)量密度一致時停止，當該比值大于環(huán)境空間介質(zhì)的質(zhì)量密度時則表現(xiàn)重量吸引力使該游離分子m2表現(xiàn)自由落體運動而下落至相應質(zhì)量密度的空間層面位置。如果設空間物體m2的質(zhì)量密度為m/T2,由于物體 m2所

12、受到的地心引力F1而表現(xiàn)的W與其單位體積質(zhì)量密度 m2/T2呈正比關系因而就 應與其作用熱度或結構熱度 T2呈反比關系，因此，當空間物體 m2處于使其W和F 減小至為零的作用冷度 K2時應處于空間自由懸浮狀態(tài)，可由此推知，處于自由落體 引力運動過程中的物體 m2的重力FW和重力加速度常數(shù)g就應該與萬有引力源m1的 作用冷度K1和空間物體m2的作用冷度K2的乘積呈正比關系：1G（m x K。）（m x K。）F = m x 1 g x t2 = 1122W 2 2（r +1）2由此可知，組成地表大氣層的游離氣體分子或組成地表水體的游離水體分子m2是依其相對地球質(zhì)量引力F1表現(xiàn)的分子重量 W而處于

13、相應的均質(zhì)流體空間層面中并表現(xiàn) 為大氣壓力或水體壓力P，當分子m2的K2升高或T2降低時應趨于表現(xiàn)分子 m2之間 的重力聚集關系而處于氣體冷壓或水體冷壓Pk表現(xiàn)狀態(tài)，當分子 m2的K2降低或T2升高時則應趨于表現(xiàn)分子 m2之間的密度離散關系而處于氣體熱壓或水體熱壓Pt表現(xiàn)狀態(tài)。因此，氣體冷壓Pk和氣體熱壓Pt就應屬于互呈反比關系的大氣空間物理量并與大氣壓力P呈如下關系：P = Pk = 1 Pt由此可知，物體m1與m2之間表現(xiàn)的萬有引力F是一種與物體的作用熱度T呈反比 和與物體的作用冷度K呈正比的質(zhì)量表面屬性，因此，物體 m1與m2之間的萬有引 力F應該屬于質(zhì)量的冷引力聚集關系。3.關于恒星空

14、間引力的新思考由上述推導已知環(huán)境熱度或作用熱度 T對物體的質(zhì)量m屬有的質(zhì)量引力F1或F2 具有當量熱消除作用，當物體m2的作用熱度T2升高時會使m2的質(zhì)量引力F2相應減 小，當物體m2的作用熱度T2升高至使m2的質(zhì)量引力F2等于零時，物體m2相對于 m1所表現(xiàn)的W應該等于F當物體m2的作用熱度T2升高至使m2的質(zhì)量引力F2等 于或小于一F1時，物體m2表現(xiàn)的W就應該等于零或小于零，而當物體 m2的作用熱 度T2降低時則會使物體m2的質(zhì)量引力F2相應增大，當物體m2的作用熱度T2降低至絕對零度或環(huán)境冷度K2升高至等于1時，物體m2的質(zhì)量引力F2則會相應增大至最 大值，可以此說明物體m之間的質(zhì)量引

15、力關系F源于物體m的作用冷度 京的當量表 現(xiàn)或者源于組成物體m的分子質(zhì)量或原子質(zhì)量m0表面冷引力的總量表現(xiàn)因而形成了 與作用冷度K的正比關系。由此可推知，如果設分子或原子的單位質(zhì)量為m0,當由分子或原子m0組成的物體m2的總結構熱量m2(m0+T)增大時會使得F2(r+1)或m2(m0 xk 一T)相應減小，當m2(m0+T)增大至使F2(r+1)或m2(m0 xk-T)等于零的程度時則會使 得物體m2的質(zhì)量引力F2等于零，當m2(m0+T)增大至使F2(r+1)或m2(m0 xk-T)小于 零時則會使得物體m2表現(xiàn)的質(zhì)量引力F2小于零而表現(xiàn)負值，即：Fk = m c(m、xk T) = m

16、(m xk ) m (m +T)2、 0/2、 0 ,2、 0 /Ft = m2(m0 + T)- m (m + T) - m (m x k) m (m x k) 2020F2 = Fk = m 2(m0 xk T)由于式中的m2(m0 xk)屬于物體質(zhì)量m2的單位冷引力當量并與F2(r+1)相等因而可稱 F2(r+1)和m2(m0 xk)為質(zhì)量冷聚集力并用Fk表示，而m2(m0+T)則屬于物體質(zhì)量m2的 單位熱斥力當量因而可稱m2(m0+T)為質(zhì)量熱離散力并用Ft表示。已知分子和原子m0具有低溫條件下趨于聚集形成液態(tài)或固態(tài)和高溫條件下時趨于離散形成氣態(tài)的狀態(tài)可變性，如果把分子和原子m0的低溫

17、聚集特性定義為質(zhì)量冷聚集力Fk的作用表現(xiàn)，則分子或原子 m0的質(zhì)量冷聚集力Fk0就應為：Fk0 = m0 x k T式中的k表示為原子或分子聚集體結構解離的臨界溫度。因此，原子或分子聚集體的 質(zhì)量熱離散力Ft0就應屬于結構原子或結構分子 m0伴隨作用熱度T而相應形成的熱 度殼層半徑R，即：Ft - m0 + T - R 0 m x k而環(huán)境熱度或結構原子T作用于原子質(zhì)量或分子質(zhì)量m0之間的相關物理量就應該是使結構分子 m0的Fk0相應減小和使結構分子或結構原子 m0的Ft0和相對熱度殼層半 徑R相應增大的關系，當環(huán)境熱度T升高至達到m0+T與m0 xk相等狀態(tài)時則會使得 組成物體質(zhì)量m2的結構

18、分子或結構原子m0相互間處于結構聚集和結構解離的臨界平 衡狀態(tài)，而當環(huán)境熱度T升高至使m0+T大于m0 xk狀態(tài)時即應標志著結構分子或結構原子m0形成了絕對熱度殼層半徑R而使得組成物體質(zhì)量m2的結構分子或結構原 子相互脫離而轉為游離氣態(tài)或是轉為熱離子態(tài)。由此可知，質(zhì)量冷聚集力Fk和質(zhì)量熱離散力Ft應屬于互呈反比關系的質(zhì)量表面物理屬性， 而分子或原子m0的存在狀態(tài) 則應取決于下式：Ft = (mo * mo) * T (m + m )k當Ft l時的分子或原子m0之間應趨于表現(xiàn)結構離散關系而呈氣態(tài)或熱離子態(tài)存在。已知太陽是一顆直徑為1.4x106公里的恒星，太陽具有的質(zhì)量為1.989x 1033

19、g并由 太陽質(zhì)量所表現(xiàn)的質(zhì)量引力關系形成了太陽系屬空間的半徑范圍，因此，可以根據(jù)太 陽的質(zhì)量m1常規(guī)計算出太陽m1表面的質(zhì)量引力F1為：F _ G m (6.672 x 10-8)(1.989 x 1033g) 1 r +10 +1但是，由于太陽屬于內(nèi)部溫度高達 1.5X107K以上的熾熱氣態(tài)球體因而使得太陽的 m1 質(zhì)量均處于游離的熱離子態(tài)，因此，如果按照本文提出的質(zhì)量引力與熱力學溫度的關 系來計算太陽m1質(zhì)量的萬有引力F1并且設太陽的平均絕對溫度為1.0X106K，換算成 空間冷度值應該為1.0 x10-6 K，將該空間冷度K代入以上的萬有引力溫度關系式后 計算出太陽在r = 0表界面處的

20、質(zhì)量引力F1應為：m x K。(1.989 x 1033g)(1.0 x 10-6K。)F = G 1 11 = 6.672 x 10-8 01從中可以看出由此計算得出的F比常規(guī)計算的結果約小了 10-6倍。另外，已知太陽 的m1質(zhì)量中氫占71%,氦占27.%,其他元素占2.0%,平均密度1.409克/厘米3,因此， 太陽的m1質(zhì)量的絕大部分均處于熱游離的輕原子態(tài)。如果設該些熱游離態(tài)原子的平 均質(zhì)量為m0并等于氦的原子量4，根據(jù)原子質(zhì)量常數(shù)ma為1.66x10 公斤，相當于 一公斤質(zhì)量包含有1.66x1027個氫原子而作為原子重量常數(shù) Wa，則太陽的總離子數(shù)或 氦原子的總數(shù)就應為m1xWa/m

21、0o將該太陽離子質(zhì)量mWa/m代入本文的萬有引力 溫度關系式后，太陽m1的表面質(zhì)量引力F1則為：F _ (m x Wa /m )(m x k - 106K)ir +1式中的k為原子量單位u的質(zhì)量引力的臨界常數(shù)而與臨界溫度有關，水的氣液臨界溫 度為647.39K，由水結構的分子解離溫度得出的 k為35.97K/U。因此，盡管太陽具有 巨大的m1質(zhì)量，但由于太陽的質(zhì)量主要是處于熱離子態(tài)的氫原子和氦原子而該些處 于太陽平均熱度環(huán)境中的熱游離原子 m0的質(zhì)量熱離散力Ft0遠遠大于1因此而使得太 陽m1表現(xiàn)的質(zhì)量引力F小于0而呈現(xiàn)負值：Ft _ (m x Wa/m )(m + T) _ (m x Wa/

22、m )(4 +1.0 x 106K) 6940 (m. xWa/m )(m xk)(m. xWa/m )(4x35.97K)Fk0 = m0 xk T = 144K 106K - T.0 x 106KF _ (m】x Wa/mm。x k - T) _ (m】x Wa /4)(144 106K)_ 0 x 1061 10 +1 01gT1 一 x 6如果設該些太陽熱游離原子的平均質(zhì)量m0等于金屬鉑的原子量并且設金屬鉑原子形成絕對熱度殼層半徑R的游離氣化溫度為5000K,則經(jīng)計算后得出的太陽m1所表現(xiàn) 的質(zhì)量引力F1為：Ft (m xWa/m )(m + T)(m xWa/m )(195 +106

23、K)(m, xWa/m )(m xk) (m, xWa/m )(195x5000K)Fk0 = m0 xk T = 9.75x 105K 106K - 0KF _ (m x Wa/mXm。x k - T) (m x Wa/195)(9.75 x105K 106K) _ 0 1 10 +1 010 + 1由以上推導結果可知，地球 m1表現(xiàn)的質(zhì)量引力F1是一種與其固態(tài)質(zhì)量 mj和作用冷 度K1呈正比的質(zhì)量冷引力關系。盡管屬于熾熱氣態(tài)球體的太陽的m1質(zhì)量不同于冷固態(tài)的地球m1質(zhì)量，但是經(jīng)采用本文提出的萬有引力溫度關系式粗略計算得出的結 果顯然不符合太陽空間引力的事實，因此，或者否定本文提出的質(zhì)量引力

24、與熱力學溫 度的關系，或者認為形成太陽系屬空間范圍的太陽m1質(zhì)量所表現(xiàn)的質(zhì)量引力F1不屬于固態(tài)質(zhì)量的冷引力關系，而應是屬于一種與太陽的 m1質(zhì)量和太陽內(nèi)空間熱度T呈 正比的質(zhì)量熱引力關系。因此，自然界中由物體質(zhì)量m表現(xiàn)的萬有引力除了質(zhì)量冷引力關系外，或許還存在一種與質(zhì)量 m和作用熱度T呈正比的質(zhì)量熱引力關系。4.結 論由上述研究可得出如下結論：1、質(zhì)量具有絕對零度的表面屬性，空間冷度的總值 K等于1并與空間熱度T 屬等值反比關系，物體質(zhì)量mi與m2之間的萬有引力F與mi和m2的乘積呈正比，與 m1和m2之間的作用距離r+1的平方呈反比，并與空間冷度 K1和K2的乘積呈正比:F _ G(m x

25、K。) x K。2)(r +1)2因此，冷固態(tài)質(zhì)量m1和m2表現(xiàn)的萬有引力F屬于質(zhì)量冷引力關系因而使得空間靜止 物體m2的相對重量W和重力加速度常數(shù)g與引力源質(zhì)量m1的空間冷度K1與m2的 空間冷度K2的乘積呈正比：1G(m x K。)(m x K。)F _ m x 1 g x t2 _ 1122W 22(r +1)22、質(zhì)量冷聚集力Fk和質(zhì)量熱離散力Ft屬于互呈反比關系的質(zhì)量表面物理屬性，分子或原子m0的質(zhì)量冷聚集力Fk0為:Fk0 = m0 x k T分子或原子m0的質(zhì)量熱離散力Ft0為:Ft而分子或原子m0的存在狀態(tài)以及m0之間的關系則取決于下式：Ft _ (m0 + 叩 + T(m +

26、 m )k當Ft l時的分子或原子m0之間應趨于表現(xiàn)結構離散關系而呈氣態(tài)或熱游離原子態(tài)存 在。3、由于太陽m1質(zhì)量內(nèi)含原子m0的平均質(zhì)量熱離散力Ft0遠遠大于1而使得太 陽m1質(zhì)量表現(xiàn)的質(zhì)量冷引力關系F1呈現(xiàn)負值，因此，形成太陽系屬空間范圍的太陽 m1質(zhì)量所表現(xiàn)的空間引力F1應該不屬于冷固態(tài)質(zhì)量的冷引力關系，而可能是一種與 太陽的m1質(zhì)量和太陽內(nèi)空間熱度T呈正比的質(zhì)量熱引力關系。On the Relationship between the Gravitation ofMass and the Thermodynamic TemperatureZou Wei Ming Microbiology Institute in Shandong University(No.27, Shanda Sou