伍岳明 （wuyueming001@hotmail.com）　2007.09

第三节 “共旋引力波”理论研究展望之三——加强对星球内禀阻尼系数的研究、探索“统一理论”之梦

伍岳明 曹明富合著 谨以此书献给2005——世界物理年！

1901年 3月，爱因斯坦给他的同窗好友马尔塞耳·格罗斯曼的信中写道：“从那些看来同直接可见的真理十分不同的各种复杂现象中认识到它们的统一性，那是一种壮丽的感觉。”爱因斯坦深信宇宙是一个单一的有意义的整体，因而探索自然界的统一性支配了爱因斯坦的整个科学研究的生涯。为了揭示这一目标的无穷奥妙，他在取得了创立狭义相对论和广义相对这一划时代的成就以后，没有功成身退，而几乎是紧接着就开拓了统一场论这一崭新方向——统一场论的研究。

迄今为止，科学家公认，宇宙中存在四种相互作用力，即万有引力、电磁力、弱力和强力。天体稳定运动的维持、地球上诸多物体之所以有重量，均应归功于万有引力。原子 (结构)的形成，光的运动及标志现代文明的电气化的产生则是电磁力作用的结果。弱力使物体产生某种辐射，如β衰变。强力将原子核内的所有粒子 (质子和中子)牢固地束缚在一起。自然界为什么有这四种力，而不是五种或九种等，从逻辑上说，科学家 (尤其是物理学家)更相信自然界只有一种力，其他力 (如上述四种)仅只是这种力的不同表现形式。

爱因斯坦所倡导的统一场论，仅仅是要统一电磁场和引力场。从二十本世纪 20年代以来，爱因斯坦为了取得几何统一场论的成功，几乎耗费了他的后半生的全部心血。可是，令人极其遗憾的是，他没有获得所期望的成功。在临近晚年的时候，他不无感慨的说：“我完成不了这项工作了。它将被遗忘，但是将来会被重新发现，历史上这样的先例得多。”

二十世纪50年代，量子力学的创始人之一海森堡独辟新径，开拓了统一场论的另一个探讨方向。他从量子场论的角度试图通过基本粒子的统一来建立新的统一场论。在海森堡看来：“凡是一个理论，如果它能用一个关于物质的基本方程准确地反映基本粒子的质量和性质，那么它同时也是一个统一场论。”他还认为，根据近 15年来聚集起来的大量基本粒子的实验资料可以有充分理由相信，建立统一场论这样一种尝试，在物理学的目前状况中并不为时过早，实际上建立这样一个理论所需的一切重要事实都是已知的了。但是，海森堡过于乐观了，他的研究工作虽取得了某些进展，但未能把统一场论成功地建立起来。

就在海森堡的量子统一场论兴衰过程的同时，杨振宁和米尔斯于 1954年起又为统一场论开辟了另一条新路。他们把物理学中的对称性由整体不变推广到局部不变，并用局部不变时引入的规范场来描述基本粒子及其相互作用。这样，人们把在杨 -米尔斯理论基础上发展起来的新的统一场论，称为规范统一场论。

尽管规范统一场论的命运比几何统一场论和量子统一场论好得多。杨 -米尔斯理论提出之后，由于它在描述各种相互作用时，存在着无法得出量子质量的困难，因而冷落了十几年。但自从 1967年，温伯格和萨拉姆利用希格斯提出的真空自发破缺概念，克服杨-米尔斯理论的困难，成功建立了弱、电统一理论模型，将弱力和电磁力统一了起来，并在 1973年和1984年得到了实验确证。稍后，科学家又相继提出了统一强、弱、电三种力的大统一模型和包括引力在内四种力的超统一模型，这些模型至今还未得到实验确证。然而，有一个令人大为震惊的观点冲击着物理学界——宇宙的最基本成分不是别的，而仅仅是不同振荡模式的弦状细环，它们被叫做“超弦”。 1984年，美国物理学家施瓦兹和英国物理学家格林携手提出统一强、弱、电和引力的“超弦”理论。“超弦”理论描述的是一个十维的宇宙——九维空间加一维时间，当能量很高 (约电子伏特)时，超弦理论才是严格的理论，即时空才可能显示 10维，目前最大的加速器所能达到的能量也只不过电子伏特数量级，所以任何探测器能感受到的只是“超弦”理论预测的低能时空，即我们赖以生存的四维时空。迄今已提出三种超弦理论，Ⅰ型、Ⅱ型和杂交弦。“超弦”理论还未得到任何实验支持，甚至还没有一个在不久或相当遥远的将来如何用实验进行检验的理论预言。笔者认为：“超弦”理论不是爱因斯坦心目中的统一场论，因为爱因斯坦孜孜以求的目标是对理论物理学的简化统一，相信自然界只有一种力，其他力仅只是这种力的不同表现形式。

“共旋引力波”理论认为：自旋的星球（如太阳或地球）是一种非线性有阻尼的自激振动系统（见前第二章第二节），系统中表征质点的运动方程为强迫范 •德• 波耳方程。它代表着一种典型的非线性正弦形式的振荡，经过计算：这种非线性有阻尼自激振动系统中表征质点的运动方程，在 时存在极限环解。系统的向轴心力振幅为：

（7.3）

（7.3） 式中为各自转星球的内禀阻尼系数，其值为： ；前已说明式中的为系统某质点离自转轴距离的平衡位置， 为系统某质点离自转轴的距离。各自转星球的内禀阻尼系数 是动态变化的。系统内质点的质量越大，因 为正参量，与质量成反比的绝对值越小，其负值即系统内禀阻尼系数 值越大。从图2.2 不同 值的受迫振动示意图中可知：不同物质结构星球的 值是不同的，系统的向轴心力振幅也不同，如果系统的阻尼已定 ,则当外力的角频率与系统的固有角频率相差很大（即: 、或 时），受迫振动的振幅较小；当外力的角频率 接近系统的固有角频率 时，受迫振动的振幅变大。当时，则达到共振态，振幅达到最大值；若星球为固体重金属物质，当金属质点绕转轴自旋时会受到一个向心力作用，该力作为自旋系统的周期性强迫力作用于系统的质点自身，该力的角频率也为 ，即，该周期性驱动力使系统质点自身共振，此时组成星球的成分是导电物质（如重金属），金属内部的电子将脱离原子核的束缚，在趋附金属表面的同时会使星球不同的时空位置呈现不同的电位，呈现出电场的性质。因由共振所致，由旋转而生，笔者称其为“共旋起电”。此时，起电状态下自旋系统各质点，其振幅也为： ；与引力场不同的是，电场的始发点虽在质心，但力的作用点却在物体表面（自转星球的这一性质，为解释太阳系起源过程中，克服“角动量”困难起到独到的作用）。从物体质心始发出频率与自旋频率相同，电场振幅为 的电场波。且电场波也为球面简谐波。其波动方程也为： （7.4）

（7.4） 中为该处离自转轴中心 O的距离；为系统自转角速度；为电场波传播速度，即光速； 为时间；为球面电场波的波动振幅， 意味着电场势能函数。不难看出电场势能函数随时间 t的推移而变化。地球的晴天大气电场的变化，经测定晴天电场的变化与地方时无关，即全球大气电场的变化是同步地发生，一天之内，大约在格林威治时间 18：00左右出现极大值，在4： 00左右出现极小值。其原因就来源于此。

这样说来，引力场振幅和电场力振幅均用： 来描述。因引力振幅：；式中： 为自转星球的质量；其值为：；不论是否起电，其质量是不变的，而自转星球的实际引力常数为： ；式中R为自转星球的半径、ω为系统自转角速度，它们也是不变的；而 为各自转星球的内禀阻尼系数，它是动态变化的。“共旋起电”状态下的自转星球内禀阻尼系数 应是金属导体的共振状态自转星球的内禀阻尼系数。由于不同物质结构星球的内禀阻尼系数 值是不同的，即便同一星球的内禀阻尼系数 也是动态变化的，故测定的值是困难的，不过可以根据由实验总结出的牛顿引力定律，单位质点 m在引力场中受力为：；及通过实验得出的库仑定律：单位检验电荷 q在电荷Q所产生的电场中距离为r远处所受到的库仑力 F为：

；有：； ；根据牛顿引力定律，有： ；分析上述公式，在起电与不起电的二种情况下 值是不同的，组成该系统物质的量未变；∵ ； ∴ 在起电的情况下有：

；在不起电情况下，有：;故同一星球在起电与不起电的二种情况下有如下关系： ；

故有： ; 和 ；

若以地球为例，地球是固体星球，地核又是重金属导体，地球自旋时，它不仅从轴心向外始发引力波，由重金属导体物质组成的地核，会因“共旋起电” 从轴心向外始发出电场波，“共旋起电”理论认为：由于“共旋起电”，会在重金属导体地核面上的不同时空位置产生不同的电位；由 _{高斯定理：在静电平衡时，导体所带的电荷只能分布在导体的表面 。因而会显现}如同我国先哲画的“太极图”那样，重金属导体中的带负电的电子会聚到地核面的一边，而地核面另一面却显示带正电的高电位。对整个系统而言呈电中性。由于地核面上强大的电场作用 ,使 _{正负电荷会发生湮灭，从而将电能转变成热能，使外核熔融为液态，使热能集中在核幔边界。金属地核一方面“共旋起电”，在核面活泼的电子电荷与金属原子核正电荷分离，另一方面，在核面上的正负电荷又在不断湮灭。它们不断产生又不断湮灭，与时俱进的同时，由于只局限于核面，所以核面还应有一定数量的负电荷，若}以地核半径 以经地震波测得的古登堡面为半径 R=3.48×,地核密度ρ，按教科书： ；

；；进行计算：则地核面应有：

=-1.9769C;库仑的负电荷数量；活泼的 _{负电荷会向地球空间泄漏}， _{以至于地球表面的电场强度还有 。}

_{一般情况下，不同物质结构的星球，}“共旋起电”的 _{电荷性质是不同的。带有}重金属导体内核的固体星球，会因“共旋起电”而 _{带有负电荷。因带有}重金属导体内核的固体星球，重金属导体的原子核较重，因而不活泼，活泼的是电子，使 _带有重金属导体内核的固体星球成为带负电的准静电星球。而 _带有金属氢内核类木行 _星；内禀阻尼系数 较小，且因其自转速度快、金属氢核的动能大，故 _顺时针自旋的类木行星会成为带正电的准静电星球；带有电荷的星球自旋时又会产生磁场，类地行星与类木行星有着不同的磁场方向，机理就来源于此。而对于内禀阻尼系数 趋向零的等离子态星球（如太阳），由“共旋起电”机理及等离子体强大的恢复电中性能力，使星球表层的不同卦面 _{带有不同的电荷，随星球的自转向外吹括出不同性质的离子风，太阳风的}机理就来源于此；

大科学家雨果说过：“比陆地宽广的是海洋，比海洋还广阔的是天空，比天空还宽广的是人的思想。”我们应“解放思想，实事求是”张开想象的翅膀去探索爱因斯坦所追求统一理论。既然“共旋”理论认为：引力场振幅和电力场振幅均用： 来描述。

因此我们可以大胆推论：爱因斯坦所追求统一理论中的物质波能量公式为：

（ 7.5）

（7.5）式中 意味着引力场(或电场 )势能函数。不难看出引力场(或电场 )势能函数随时间t的推移而变化。爱因斯坦所追求统一理论中的物质波对波场中质点的作用力的公式为：

（ 7.6）

（7.6）式说明：物质的运动是绝对的，物质的质量和能量是紧密相连的。由于不同物质的内禀阻尼系数 的不同，而表现出不同的力；这就是爱因斯坦追求的简化的统一场论数学表达式。“大道至简”、“大音稀声”，统一场论的数学表达式应该如此简洁、和谐、和统一。

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