万有引力的本质

万有引力的本质作者：张祥前DS

月球受到地球的万有引力作用在围绕着地球旋转？那么他们之间的相互作用力是如何传播的？现代物理学认为，他们之间是通过一种叫做重力场的特殊物质在传递相互作用力。

可我认为场的本质就是空间运动所表现出的一种性质，决不是一种特殊物质。

以下是我的分析。

如果认为地球和月球是通过一种特殊物质在传递作用力，这种看法表面看起来使问题简单化，但仔细分析起来，有更多困难令人难以解释。

一、这种特殊的物质内部有空间话，他们在传递引力时是如何克服内部空间障碍的，我们总不能再假定另一类特殊物质在传递作用力。没有的话，电磁场和重力场都想填满空间是否发生空间争夺战？

二、地球如果真是通过" 重力场"这种特殊的物质来传递作用力给月球的话，月球向着地球这一面、反面、内部受到的作用力是否有所差异。

三、地球和月球是如何把场物质发射出去的，又是如何接受的？

四、将来人们如果通过某种实验，确实找到月球和地球之间传递引力的一种特殊物质，人们是否能够回答作用力为什么与它们之间的距离平方成反比，与他们之间的质量成正比？物体为什么会有质量，质量到底是什么？

五、现代物理学家告诉人们，本质上物体的相互作用都是隔着一定的空间进行的。如果承认了地球和月球是通过一种特殊的物质在传递相互作用力。这样一来，到底哪一种是现象，哪一种是本质？

现在还有一种抛小球理论，即地球和月球之间抛出或接受一些小球而相互吸引着，仔细一分析，这种理论也是困难重重。这种小球的内部有空间的话，在传递作用力时是如何克服内部空间的？没有的话，那这些小球把作用力如何分摊到地球、月球每个原子甚至是每个电子上？我们能够有数学、物理来描述这些过程的细节吗？地球和月球是如何发射这些小球的、又是如何接受这些小球的？

认为地球和月球是通过一种叫" 重力场" 的物质在传递相互作用力，实际上和以前的" 以太"理论没有什么实质区别，人们应当怀疑它的正确性，这实际上是一种很平庸的思想。

相对论认为,一个电荷相对于某一个参照系运动,在这个参照系内观察,该电荷在周围空间除产生电场外,还产生磁场,但在另一个参照系内观察,这电荷可能是静止的，它周围就不存在磁场了.那么在转换参照系时,磁场那里去了?

磁场作为一种物质怎么可能在一个人看来是有的,在另一个人看来是没有的？大家想想看，:自然界中有什么物质在一个人看来是有的,在另一个人看来是没有的？

有一个物体存在于空间中某个地方，一个人说它是真实存在的，一个人说它不是存在的，而且两人的说法都是正确的，这怎么可能呢？

现代物理学认为重力场的本质是一种特殊物质。

重力场看不见、摸不着，观察者如何知道它是否存在？重力场有一个基本的特性是对存在于其中的物体施加作用力，观察者只要根据这个特性，就能够判断出自己是否处于重力场之间。

设想有一个宇宙飞船，在地球上空围绕地球做旋转运动。站在地球上的观察者认为，这个飞船处在地球的重力场的范围内，因而内部肯定有重力场这种物质。在飞船内部的观察者处于失重状态，因而他认为飞船内没有重力场这种物质。

飞船内部有还是没有重力场这种特殊的物质，到底是谁说了算？

一个自由下落的或者做抛物线运动观察者也有类似的情况。

总结以上看法，在地球表面重力场对存在于其中静止的物体产生作用，有一个加速度g运动的物体就不起作用。是什么原因呢？有一个加速度g的运动能够完全抵消地球重力场所产生的效应吗？

以上是我们在认识问题上感到的困惑，根本原因是什么？让我们打个比方。

我们眼前的一棵树、一条河可以看则是“物”，树的生长、河水的流动可以看则是“事”。这就是我们常说的事物。

我们说一条河相对于一个人是存在的，相对于另一个人是不存在的。这肯定是荒唐的。

我们说河水的流动相对于一个人是存在的，相对于另一个人是不存在的，这肯定是有可能的。

把场的本质看成是“事”，就像是上面所说的河水的流动，这样我们就很容易理解磁场相对于一个人是存在的，相对于另一个人是不存在的。

在以上宇宙飞船绕地球的例子中，我们可以大胆地认为重力场不是物质，它是物质以加速度g运动（也可以说运动里含有加速度g）的一种表现。这样我们可以获得如下看法：

一个物体Q存在于空间中某个地方，某个观察者发现这个物体Q周围空间存在着重力场，观察者要想测量Q周围某处空间中的重力场的大小，他只要在这里放上一个小物体，测量它的加速度，观察者就知道了这处重力场的大小和方向。总结一句话：物体在周围空间中产生的重力场中某一处场强等于该处存在一个物体的加速度。

重力场既然是物质运动的一种表现，那是什么物质在运动呢？

我认为是空间在运动。其话一出，读者可能要喷饭，空间怎么会运动？

相对论认为：描述物体在空间位置中运动变化必须相对另一个物体才具有物理意义，描述单一物体在空间中运动是没有物理意义的，也不存在没有物体的运动。

可是我认为描述物体在空间中运动只有相对于某个确定的观测者才具有物理意义。描述一个物体相对于另一个物体的位置变化未必就一定有物理意义。

我认为空间是真实存在的实体，它有可能运动变化，只是人们暂时不了解。描述它的运动变化是有物理意义的。

设想有一个物体在绕地球旋转运动，人们只要测量这个旋转物体的加速度就可以知道地球的重力场的情况了，这个旋转物体可大可小，当这个旋转物体非常小，小到接近零，可以预见，测量这个旋转物体的加速度仍然可以知道地球的重力场的情况了。我们进一步设想，在不存在物体的情况下，空间仍然以这种方式在运动，仍然可以反映出地球的重力场情况。

认为空间在运动，我们很容易理解以上宇宙飞船绕地球的例子中，地球的重力场效应就是空间以加速度g扑向地球，宇航员随着空间一起以加速度g运动，当然感觉不到重力场效应，这就好像汽车扑向你，你肯定要受伤，当你随着汽车一同运动，你就不会受伤。

我们还有一个问题，空间为什么会运动？

要回答这个问题，让我们先讨论“事”和“物”。

我们常说“事物”、“事物”，那么哪些是“事”哪些是“物”？

我认为只有物质点和它周围空间是“物”，宇宙中真正存在的只有物质点和它周围的空间，不存在第三种形态能与之并存的东西，一切物理现象只不过是点在它周围空间运动的一种表现而已。这些现象如能引起我们人的感觉,我们对这些感觉加以分析, 概括便形成了物理概念。

这个定理叫物理世界存在的虚假性定理。它告诉我们各种各样的物理现象总可以找到各自相对应的几何图形。也可以说物理学中的任何一种现象我们总可以找到它相对应的几何图形。至于我们任意列出一个物理现象，如何去判断它所对应的几何图形呢？这个方法我想是不存在的。它只能由我们预先做出假设，然后根据这个假设所推导出的结果和我们所掌握的知识是否相符合来判断这个对应关系是否正确。

首先，我们来判断一下在物理学中涉及到的运动现象所对应的几何图形是什么？我对此的假设为：物理学中所描述的运动现象和几何学中垂直状态是相对应的。也可叙述为：物理学中所描述的运动状态和几何中的垂直状态是等价的。

对于这个等价原理，我们在这里将进一步去分析和推理。

现在我们设想某处空间区域里，只存在着一个物体,我们观测者就住在这个物体上，这样这个物体和我们观测者就可以合二为一看则是一个物质点（实际情况在这里我们是在考虑单一物质点和它周围空间之间的关系）。因为这个物质点处在三维空间中，这样经过这个物质点可以作三条相互垂直的线段，因而这个物质点毫无疑问处于垂直状态中，根据垂直状态和运动状态相等价原理（为简单起见，以后简称这种等价原理为垂直原理），这物质点将无疑会在空间中运动，它处于空间中位置将会变化，带着互为因果的思想，既然垂直状态决定了处于其中的物质点的位置会发生变化，而变化的结果肯定反过来又可以重新构成一个垂直状态。

们进一步分析、推理出以下一条基本原理：在空间中任何一个处于垂直状态中的物质点的位置必然要发生变动，并且它运动的方向是不断地变化的，这些不断变化的方向又可以重新构成一个垂直状态。

对于真实存在于某处空间区域里的一个物质点，以上的基本原理告诉我们这个物质点它所处的位置必然要发生变化。但它将如何变化呢？一个处于三维空间中的物质点，它运动的方向不断地变化很显然不是走直线运动，只是走曲线运动方向才不断地变化。至于走什么曲线运动使得这个不断变化的方向可以构成垂直状态呢？物体的运动轨迹是曲线的，常见的有抛物线、双曲线、圆和椭圆.

其中只有圆和椭圆可以作两条相互垂直的切线。我们知道，过椭圆作两条相互垂直的切线，肯定是一条长一条短。而在这里，我们描述的是一个单一的物质点在空间中运动的情况，对于这个单一的物质点，它周围的空间对这个物质点来说没有哪个方向是特殊的，显然是均匀同向的，没有理由会出现两条切线一条长、一条短，因而合理的看法这个物质点走过的曲线肯定是正圆。

一个值得注意的问题是，过正圆只能做出两条相互垂直的切线，按照互为因果的思想，既然现实空间是三维空间的，即过一点可以作三条互相垂直的有向线段，那这个物质点运动走过的轨迹应该可以作三条相互垂直的有向线段，而不只是两条互相垂直的切线。因此合理的看法则是：这个运动的物质点走过的圆形轨迹不是封闭的，而是在圆的平面相垂直的方向上延伸。

至此我们可以做出判断，在任意一处空间区域里，存在着一个物质点，它一定在这处空间区域里运动，并且走过的轨迹是条螺旋线。

这个规律同样可以推广到质点外的空间中的任意一个几何点上（对于几何点这个名词在这里需要解释一下，我们可以把一条线段看作是由无数个点构成，一个平面也可以看作是由无数个点构成,同样道理,物体周围的三维空间也可以看作是由无数个点构成.由于这些点毕竟和普通物质点有着本质区别，因而可以取一个恰当的名字叫几何点）。对于某处空间区域里，设想存在着一个物质点O，我们观测者就住在这个物质点上，这样对于这个物质点周围空间任意一个几何点P的位置总是在运动变化，并且运动所走过的迹径也应该是个螺旋线。

我们知道,在数学上螺旋线的方程为:

X = rcosf

y = rsinf

Z = kf

以上方程在数学上被称为螺旋线参数方程,其中 x y z 为 p 点在原点为 O的三维直角坐标系中的坐标值, r 为失径OP在 x oy 平面投影长度, f是参数,也是 OP在 x o y 平面上投影直线于 x 轴的夹角, k为

r tga = k

上式中 a 为螺旋线于 x o y 平面的夹角.

根据以上的看法，几何点 p 的三维坐标x,y,z是随参数 f 不断地变化的

式中的 x y z 是随便取的,不是确定死的。

这样我们获得了一个崭新的空间概念----螺旋空间

在牛顿力学和相对论力学范围内认为上式中

X =常数

Y =常数

Z =常数

以上的垂直原理很好地解释了物体和空间为什么会运动、变化。以后的推理出的螺旋空间方程之所以叫空间方程，而不叫时空方程是由于没有把时间因素考虑进去。在分析重力场的本质时，可以暂不过细考虑时间是什么，但是一旦要考虑电磁场的本质和重力场之间的关系时，我们就必须要过细地追究时间的本质是什么，时间是以什么方式混入了坐标系中。

从万有引力定理可知，物体具有的质量是产生重力场的根源，那么物体质量的本质是什么？

以上的垂直原理告诉我们，物体存在于空间中必然对空间施加影响，使得空间发生运动和变化，这个运动变化当然会反映出这个物体质量的大小情况。

在牛顿万有引力定理：F = GMm/r2中，设想有一个质量为m的物体绕质量为M的地球做旋转运动，它的加速度：

g = GM/r2 （1式）

静电场的高斯定理给了我们一个启示，我们可以把上式变换成

g = （n/s ）*L （2式）

上式中n代表个数，s是一个微小面积，*号是点乘的意思，L是个从地球出发指向空间中的一个数量为1的单位矢量。

2式表示的意思是：地球周围空间存在着许多矢量L，在空间某处（离地球距离为r）沿着L的垂直方向作一个小面积s，这个面积s内包围了n条矢量L。

这在里，g的大小只与n和s有关，L只是表示了方向。我们将2式中的s面积换成一个包围地球的包围面4πr2，个数n也变成N，这样（2）式变成

g = （N/4π r2）*L (3式)

将（3式）和（1式）相比较，可得下式：

M = N/4πG (4式)

4式中去掉了L，式4πG是个常数，根据4式的看法，物体的质量的是指该物体周围空间总共有多少条像L这样的矢量。要想彻底揭开质量这个物理概念的本质，关键是要确定矢量L是个什么样的矢量。按照静电场的高斯定理的理解，这个矢量应该就是加速度g，这样的话，4式中的一个物体的质量的大小是指该物体周围有多少条加速度的条数。有了这样的看法，我们很容易理解牛顿第二定理中的ma是什么意思了------一个物体受到的力与它的加速度成正比，还与它周围空间中有多少条这样的加速度成正比。

尽管以上的看法有一定的道理，但是我认为这个矢量L应该是从地球指向空间中某个几何点的位移量。为什么有以上的看法，主要原因是从重力场和电磁场的统一性出发而认为的。

以上我们认定重力场、电磁场的本质是空间运动所表现出的一种性质，而不是一种特殊的物质，垂直原理解释了物体和空间为什么会运动，螺旋空间方程分析了空间运动的最基本方式------螺旋式运动。

我认为空间这个螺旋式运动里面含着波动运动形式。

我们知道，螺旋式运动和波动是有很大区别的，但是对于空间这个特殊的东西却有可能共同存在着。

比如描述空间的运动，动力学是没有意义的，因为空间中的几何点没有质量，没有电荷。只有运动学才具有意义。

空间中一个几何点做螺旋式运动当然不会有波动效应，但是一排几何点做螺旋式运动情况就不一样了

我们知道波动是振动位移形式在媒质中传播，而不是质点在空间中传播。由于空间的特殊性，一个几何点和另一个几何点是绝对没有区别的，一排几何点在做螺旋式运动和振动形式在一排几何点中传播是没有区别的。

我们可以认定空间以螺旋式运动里面包含了波动形式。

在上面的（3）式中，我们将g取一个固定值，N也取一个固定数1，这样，

4πr2将变小，L将随着r的平方而变化，二者将有一个函数关系。（3）式可以改成：

g = （1/cπ r2）*L (5式)

(5)式中的cπr2表示地球外某处（离地球的距离为r）一条矢量L所占用空间（在L垂直方向上）面积的大小。L随着r的平方而变化。

我们熟悉的一维波动方程为：

偏2L / 偏t2 = u2*（偏2L / 偏r2） （6式）

将5式和6式相比较，可见二者有基本相同的物理意义。

物体为什么具有质量，以上分析认为，是由于物体存在于空间中，会对空间施加影响，造成这个物体周围许多个几何点运动，产生许多条指向空间的位移矢量，质量的大小就取决于这些矢量的个数。

我们现在如何看待牛顿第二定理中ma，m既然表示的是有多少个位移矢量的条数，我们将这个位移矢量两次对时间求导，并且认为m不变，我们也可以得出这样的看法：在牛顿第二定理中ma，a是指受到作用的物体产生的加速度，m是指这个物体周围空间中有多少条这样的加速度的条数。

以上的看法是粗糙的，只在某一个情况下是正确的，在另外一些情况下，表示的是这条加速度占据了多大的空间范围。

如果要精确的描述这些，一个是要重力场场方程，二是要结合电磁场场方程综合考虑。

从以上分析来看，一个物体存在于空间中，会对周围空间施加影响，影响的结果是造成物体周围空间中几何点的运动，运动的位移随时间变化可以反映出重力场的大小和方向，运动的位移随空间位置的变化同样可以反映出重力场的大小和方向，二者应该是等价的。

我们知道物理量（这里是指几何点的位移量）随时间变化又随空间位置变化反映出波动性质。对重力场的分析就明确了重力场具有波动性。我认为空间的存在具有波动性，场的本质就是这个波动的表现，重力场是波动的根源，电磁场是波动的传播，传播的速度是光速。

详细证明我打算在《重力场和电磁场的数学关系》中给出，在这篇文章中还要提出时间的物理定义，证明光速不变性，解释库伦定理，解释物体为什么会带有电荷，电荷的本质是怎么一回事，明确变化的电磁场和变化的重力场之间的关系，等等。

前面分析了重力场，接着我们来分析万有引力。

按照前面的分析，任何一个物体O存在于空间中，由于垂直原理的原因，会对周围空间产生影响，结果使周围空间以螺旋式运动，在这个螺旋式运动中，几何点绕O点旋转运动所产生的效应就是万有引力。，

设想有A和B两个物质点存在于空间中，各自都有几何点在围绕旋转，在下图中，

可以看出几何点的旋转由于相同的原因，旋转的方向也应该是相同的。几何点在相互接触的那部分由于方向相反而相互抵消一部分，这样AB两点之间的空间要减小，表现为AB两点有相互接触的趋向，这个就是AB两个物质点产生引力的原因。

以地球和月球为例，以前我们认为万有引力的相互作用是

地球—重力场—月球

统一场论的看法是

地球—变化的空间—月球

在地球表面上，一个物质点P以加速度g从空中自由下落，按照前面的分析，是由于P点所在的空间本身以加速度g在扑向地球，P点是静止于空间中被空间运动带着跑。如果P点落在地球上不动了，它就等同于P点以一个加速度g相对于我们观察者在（不受引力影响的自由）空间中运动。

一个人要是跟随P点一同运动（不考虑空气影响），他是感觉不到地球的重力场效应的，这个可以这样理解，P点的运动已经把地球的重力场效应给表现出来了。

至此，我们可以做出判断：在地球表面，我们观察者看到一个质量为m的P点静止于地球的表面，P点所受到了地球的万有引力F引 =mg（g为地球表面重力加速度）。

如果将P点放在远离地球和其他星球的一处空间区域里，用外力迫使P点相对于我们观察者以加速度g运动，P点所受到的作用力F作 =mg完全等同于F引 = mg，亦即

F引 = F作= mg

一句话，在描述地球和月球的万有引力相互作用中，我们以地球为参考系，我们观察者站在地球上，描述月球的加速运动情况，就可以判断出地球和月球之间的万有引力。

说到底，万有引力仍然是一种相对运动，这个也应了前面的统一场论基本原理---一切物理现象都是物质点在空间中运动所形成的。