對沖電磁場改變空間結(jié)構(gòu)與時間間隔

錢鳳儀

(吉林大學 研究生院， 吉林 長春 130012)

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對沖電磁場改變空間結(jié)構(gòu)與時間間隔

錢鳳儀

(吉林大學 研究生院， 吉林 長春 130012)

根據(jù)同向電流導體形成引力以及萬有引力場形成引力的機制，設(shè)計了改變空間結(jié)構(gòu)進而改變時間間隔的實時測量系統(tǒng)。對大電流形成的對沖電磁場對空間間隔變慢程度給出了定量計算。試驗結(jié)果，可以用于驗證時間的本質(zhì)，揭示暗物質(zhì)的成因，解釋慣性力和光速不變的成因以及時間的相對性得以形成的內(nèi)在物理機制。

電磁場; 空間結(jié)構(gòu); 時間間隔

0 引 言

時間的本質(zhì)或形成機制是什么，不僅是物理學領(lǐng)域中一個最基本的問題，也是哲學領(lǐng)域中最根本的問題。牛頓的絕對時空觀認為，每個觀察者不論怎么運動，用什么方法對時間間隔進行測量，結(jié)果都嚴格相同。愛因斯坦的時間觀表明，時間是相對的，不是絕對的。康德在牛頓時空觀的基礎(chǔ)之上創(chuàng)立了以《純粹理性批判》為基礎(chǔ)的客觀唯心主義哲學體系。大爆炸理論認為，宇宙從一個起點處開始，這也是時間的起點。當今的物理理論延續(xù)采用時間是連續(xù)的、不間斷的、也沒有量子特性的觀點。但一些至今還沒有被證實的，試圖將相對論與量子力學結(jié)合起來的理論，如量子重力理論、弦理論、M理論等，預言時間是間斷的、有量子特性的。一些理論猜測普朗克時間可能是時間的最小單位。文中設(shè)計了一套借助對沖電磁場改變時間間隔的裝備，用于驗證不僅大質(zhì)量的星體可以明顯地改變時間間隔，即使通過對沖的強電磁場也能明顯地改變時間間隔,對沖電磁場改變的時間間隔的具體相對變化量給出了計算數(shù)值,并提供了實時測量方法。

1 相對論中的時間相對性原理

在狹義相對論中，兩個以速度v運動的坐標系k和k′，如果在k中的時間間隔為Δt,在k′中的時間間隔為Δt′，則k和k′之間的時間間隔關(guān)系[1]為:

(1)

如果上式中，取Δt為任意一個慣性系中的時間間隔，也就是原時Δτ，則式(1)可以寫作

(2)

式中：c----真空中的光速。

式(2)說明，我們在以勻速v運動的坐標系看，它的時間是減慢了。反過來，我們所處的坐標系中的時間，在運動的坐標系中的觀測者看來，也是減慢的。其中的根本原因在于時間是空間能量子的混亂度(熵)的倒數(shù)。在有相對運動的不同坐標系中，因為在彼此看來，所對應(yīng)的空間混亂度(熵)不同，所以時間間隔就變得不同。當

(3)

則

(4)

因為光子在空間中的運動是光量子與空間相互作用的結(jié)果，是一個統(tǒng)計速度。當光子以光速運動時，表明光子所處的坐標系的空間混亂度或熵為:

(5)

在廣義相對論中，如果在沒有引力場的平坦空間中的時間間隔為原時Δτ，在有引力場的空間中的時間間隔為Δt′，則有引力場中的時間間隔在沒有引力場中的、平坦空間的觀測者看來，其時間間隔變?yōu)?/p>

(6)

式中: G----引力常數(shù);

M----引力源的質(zhì)量;

r----引力場距離引力源的半徑。

在式(6)中，引力場能使時間間隔減慢。如果引力場滿足

(7)

則由式(6)可知，此時在引力場中的時間間隔Δt′在平坦空間中的觀察者看來，為

(8)

式(8)表明，強引力場能使時間間隔變得無限長，也就是強引力場能使得空間的混亂度(熵)變?yōu)榱恪Q而言之，在黑洞附近，時間間隔被無限拉長，空間的量子效應(yīng)失效了，空間也被完全“凍結(jié)”了。這種空間被“凍結(jié)”的效應(yīng)，就是我們所說的暗物質(zhì)效應(yīng)。空間的凍結(jié)導致空間具有質(zhì)量的效應(yīng)。但凍結(jié)的空間畢竟不是有電子、中子、質(zhì)子等靜止質(zhì)量為零基本粒子，所以它是難以用觀測由基本粒子所構(gòu)成的物質(zhì)來探測的。

以上分析表明，時間就是空間的混亂度或熵的倒數(shù)，時間來自空間的量子效應(yīng)。

1932年，美國加州工學院的瑞士天文學家弗里茲·扎維奇最早提出證據(jù)并推斷暗物質(zhì)的存在。弗里茲·扎維奇觀測螺旋星系旋轉(zhuǎn)速度時，發(fā)現(xiàn)星系外側(cè)的旋轉(zhuǎn)速度較牛頓重力預期的快，故推測必有數(shù)量龐大的內(nèi)側(cè)質(zhì)量或能量拉住星系外側(cè)組成，以使其不致因過大的離心力而脫離星系。這個龐大的質(zhì)能就是后來科學家命名出來的暗物質(zhì)。宇宙不是專門為牛頓定律和愛因斯坦的廣義相對論所設(shè)計的。如果現(xiàn)有的物理理論不足以描述宇宙的藍圖，我們的出路不是讓宇宙符合原有的舊理論，而是讓理論符合宇宙法則，換而言之，就是說不能保守地認為宇宙的變化形態(tài)必須符合牛頓和愛因斯坦的理論。事實恰如愛因斯坦所言，人類不能為自然立法。

2 對沖電磁場導致的時間減慢效應(yīng)

引力場對光速改變情況如圖1所示。

圖1 引力場對光速改變情況示意圖

由圖1可知，引力場在改變時間間隔的同時，也對在引力場傳播的光子的光速產(chǎn)生改變。

由廣義相對論并參照式(6)可知

(9)

式中: c′----沿著引力場徑向傳播的光速;

c----平坦空間中的光速。

兩個質(zhì)量為m1和m2的物體產(chǎn)生引力場如圖2所示。

圖2 兩個質(zhì)量為m1和m2的物體產(chǎn)生引力場

兩個質(zhì)量為m1和m2的物體，其引力場對時間的改變量并考慮到時間是標量，若沒有引力場的平坦空間的時間間隔是Δτ，有引力場條件之下的時間間隔為Δt12，則

(10)

若m1= m2=m,則式(10)變?yōu)?

(11)

由圖2可以看出，兩個質(zhì)量為m1和m2的物體產(chǎn)生引力場會對時間的間隔產(chǎn)生改變，當m1和m2不存在時，Δt12為Δτ，或者當m1和m2存在時，Δτ變?yōu)棣12。

通以同向電流為I的導線L1和L2，如圖3所示。

圖3 通以同向電流為I的導線L1和L2

當兩個導線長度為L通過的電流為I的導線，在圖中的區(qū)域內(nèi)同樣會對時間間隔產(chǎn)生改變。按文獻[2]中提出的電磁場對時間間隔的改變與引力質(zhì)量之間的關(guān)系，則有

(12)

或

(13)

式中：μ0----真空中的磁導率；

G----萬有引力常數(shù)。

如果按圖4設(shè)計一個圓柱形繞組，繞組匝數(shù)為N，考慮到電磁場是有旋度的場，單一的通電導體不能改變其附近的時間間隔，只有在有旋度的場在矢量相反方向疊加時，才能改變時間間隔，所以由式(11)和式(13)可得電磁場對時間間隔的改變量為：

(14)

由于電磁場對時間間隔的改變量是在空間上非均勻的，因此需要將繞組沿著柱體軸線進行旋轉(zhuǎn)，這樣可以獲得在柱體內(nèi)部徑向上的時間均勻改變量。

由式(14)可知，時間在有磁場矢量反向抵消的空間內(nèi)與平坦空間內(nèi)的時間差值為：

(15)

若將兩個時鐘A和B放置在沒有磁場矢量反向抵消的空間中，Δτ時間內(nèi)兩者的誤差為Δtc，將其中一個時鐘放入磁場矢量反向抵消的空間中，按照以上的理論能夠獲得的時鐘A和B的時間差值為:

(16)

3 對設(shè)計的時間減慢系統(tǒng)的時間改變量的數(shù)值計算

電流輸出系統(tǒng)及時間改變量測量方法如圖4所示。

圖4 電磁場改變時空結(jié)構(gòu)實時測量原理圖

繞組用銅線，在有冷卻的條件下可通過的電流為20A/mm2。式(15)由泰勒展開，并忽略高階小量，可得

(17)

其中

(18)

(19)

一年之內(nèi)的時間間隔約為

(20)

設(shè)計時保證

(21)

將式(20)代入式(19)可得相互對沖的電磁場在一年時間之內(nèi)對時間的改變量為

(22)

式(22)的數(shù)值在目前的技術(shù)上是可測量的。若導體采用超導體，減慢的時間量會變得更容易測量[3-4]。

4 時間減慢系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計與制造

由于繞組電阻較小，因此，采用高低壓變壓器可以保證繞組產(chǎn)生較大的電流。

磁場改變時空結(jié)構(gòu)繞組構(gòu)成原理圖如圖5所示(即圖4的剖面結(jié)構(gòu)圖)。

圖5 磁場改變時空結(jié)構(gòu)繞組構(gòu)成原理圖

利用低壓變壓器產(chǎn)生可調(diào)節(jié)的大電流。繞組內(nèi)部設(shè)計有制冷系統(tǒng)，防止導致繞組過熱損壞。為了加強對沖磁場強度，繞組繞在矽鋼片上。時間改變量的測量方式是，選用兩個精度高于10-4ms的微型原子鐘A和B。將A做為參照原子鐘，B作為測量原子鐘。A和B在平坦空間內(nèi)的時間差值δtN，由式(16)及式(22)就可以獲得時鐘A和B的時間差值δ(Δτ)的具體測量值。

5 結(jié) 語

提供的理論和實驗方法能驗證時間是空間的熵效應(yīng)，能為“暗物質(zhì)是空間的凍結(jié)”這一理論上推斷提供實驗上的依據(jù)，也能從心理學和認識論角度解釋時間為什么具有相對性(不同空間中的熵不同，對應(yīng)的時間間隔自然不會相同)。通過否定“牛頓時間觀也就是時間的均勻流動性”，可以為否定康德哲學中的“二律背反”的成立基礎(chǔ)提供實驗證據(jù)。文中指出，時間與空間的混亂度是等價的，這就說明空間是量子化的，物質(zhì)的慣性因此是統(tǒng)計的結(jié)果，而量子世界里，只有統(tǒng)計上的慣性，沒有絕對意義上的慣性。時間間隔的可變性表明，光速不是恒定的不變，只是在統(tǒng)計上是一個不變量，光速不變是由于運動的光子在觀測者看來它的時間間隔變?yōu)闊o限大所導致的。

[1] 吳大猷.相對論[M].北京.科學出版社,1983.

[2] 錢鳳儀.相互作用原理[M].長春.吉林科技出版社,1999.

[3] 蔡圣善，朱耘，徐建軍.電動力學[M].北京:高等教育出版社,2004.

[4] 井孝功.量子力學[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社,1984.

Space structure and time interval changed with contrary direction electromagnetic field

QIAN Fengyi

(Graduate School, Jilin University, Changchun 130012, China)

According to the mechanism of same-direction-current conductor electromagnetic force and gravitational force, a special system is designed to change the space-time structure and the time interval. The results may be used to verify the time essence, explain the dark matter, reason of inertial force and unchanged of the light speed, and physical mechanism of time relativity.

electromagnetic field; space structure; time interval.

2017-03-15

錢鳳儀(1960-)，男，漢族，吉林長春人，研究員，主要從事理論物理、西方哲學、中國哲學、自動化儀器設(shè)備方向研究,E-mail:qian_fengyi@163.com.

10.15923/j.cnki.cn22-1382/t.2017.3.17

O 412

A

1674-1374(2017)03-0308-05