宇宙的低速運動領(lǐng)域與高速運動領(lǐng)域

劉文浩

【摘 要】按物體運動速度，宇宙可分為低速運動領(lǐng)域和高速運動領(lǐng)域。高速運動領(lǐng)域的尺會縮而鐘變慢。兩領(lǐng)域是相互垂直的，當在低速運動領(lǐng)域作直線運動的物體，以高速度進入高速運動領(lǐng)域時，就會與該領(lǐng)域運動的物體相遇，兩者一旦相遇運動方向必然改變，在一定條件下物體會開始作旋轉(zhuǎn)運動。這是宇宙間無數(shù)星球作旋轉(zhuǎn)運動的根本原因。

【關(guān)鍵詞】二維；因子；能量

1 宇宙兩個領(lǐng)域的劃分

在四維空時中，按物體運動速度可分為低速運動領(lǐng)域和高速運動領(lǐng)域。高速運動是指光速或者接近光速的運動。低速運動領(lǐng)域是四維空時的外層，或者說是時間一維的外層；高速運動領(lǐng)域是四維空時的內(nèi)層，或者說是時間一維的內(nèi)層。低速運動領(lǐng)域與高速運動領(lǐng)域是相互垂直的。與低速運動領(lǐng)域相比，高速運動領(lǐng)域的尺會縮而鐘變慢。人們所處的領(lǐng)域是低速運動的領(lǐng)域。

以牛頓為核心的古典物理學適用于低速運動領(lǐng)域，而以愛因斯坦為核心的現(xiàn)代物理學既適用于低速運動領(lǐng)域也適用于高速運動領(lǐng)域。

現(xiàn)代物理學之所以適用于兩個領(lǐng)域，洛倫茲變換式起著重要作用，它是連接兩個領(lǐng)域的橋梁，或者說是隧道。在物理學的發(fā)展過程中，人們經(jīng)過反復實驗，證明光速是不變的。這與牛頓力學中的伽利略變換式是矛盾的。面對這一矛盾，洛倫茲將光速不變與相對性原理科學地協(xié)調(diào)起來，推導出了一個滿足光速不變的變換式。

在狹義相對論中，洛倫茲變換式是兩個作相對勻速運動的慣性參考系之間的坐標變換；是在不同的慣性參考系之間，觀測者對物理量進行測量時所進行的關(guān)系轉(zhuǎn)換。在數(shù)學上表現(xiàn)為一套方程組。

洛倫茲變換式在由古典物理學向相對論發(fā)展的過程中，起了重要作用。在人們由三維空間觀念向四維空時觀念的變化中，也起了重要的作用。

將宇宙劃分為低速運動領(lǐng)域與高速運動領(lǐng)域，是根據(jù)宇宙的客觀實際情況來劃分的。這樣劃分有利于理解現(xiàn)代物理學，有利于認識宇宙規(guī)律。

2 宇宙兩個領(lǐng)域與光速不變

人們平時所見的事物其速度大多是變化的，這種變化可由伽利略變換式來計算。光速為什么就不變呢？

低速運動的事物其速度都是變化的，但這與方向有關(guān)。例如，在開著的火車上射箭，若朝著與火車前進的方向垂直的方向射出，箭的速度就與火車的速度無關(guān)。而光子的前進方向，與射出光子的物體的運動方向總是垂直的，這是光速不變的一個重要原因。

任何事物及其運動都處在四維空時之中。但地球上大多數(shù)運動是低速運動，低速運動的物體在時間一維內(nèi)部所走的距離是微不足道的。而當事物的運動成為高速運動時，它就會明顯地深入到時間一維的內(nèi)層，也就是高速運動的領(lǐng)域。

因為四維是相互垂直的，低速運動領(lǐng)域與高速運動領(lǐng)域也是相互垂直的，所以當光子由在低速運動領(lǐng)域轉(zhuǎn)而深入到高速運動領(lǐng)域時，其運行軌跡發(fā)生了九十度的轉(zhuǎn)折，因此發(fā)出光的物體的速度不可能與光速相加或相減。這是光速不變的一個重要原因。

光速不變的另一個原因是，光子在四維空時里運行的軌跡不是一維的而是二維的。

因為物體是四維的，所以物體在運動時，它不僅是在低速運動的領(lǐng)域運動而且同時也是在高速運動的領(lǐng)域運動，因而它不僅在低速運動的領(lǐng)域有運動的軌跡而且同時也在高速運動的領(lǐng)域有運動的軌跡。而這兩種軌跡是相互垂直的，因此物體的運動軌跡不是一條線而是一個面。我們說運動是二維的，這里僅僅指運動的軌跡，而不是它所經(jīng)歷的空時。

人們通常所見的多數(shù)物體的運動屬于低速運動，其運動的軌跡雖然也是二維的，但它在高速運動的領(lǐng)域的軌跡是微不足道的，所以，只能說是一條線，是一維的。而光子運動的軌跡不是一條線，而是一個面。

質(zhì)能公式是E=mc^2，而不是E=mc。這也表明物體在高速運動領(lǐng)域運動的軌跡是一個面。

因為物體在高速運動領(lǐng)域中運動的軌跡是一個面，而在低速運動領(lǐng)域里運動的軌跡是一條線，這兩種運動的軌跡不同，其運動的速度無法相加減，所以光速不可能變。

3 宇宙兩個領(lǐng)域與光速不可逾越

光速是c，其運行軌跡是二維的，是c^2。根據(jù)質(zhì)能公式，當某物體的運動速度達到光速時，該物體的質(zhì)量就逐步轉(zhuǎn)化為能量了。假如某物體的運動速度超過了光速，它的質(zhì)量早就轉(zhuǎn)化為能量了，也就是說它的質(zhì)量早就沒有了。這就是說，無論什么物體，只要它的運動速度開始超越光速，其質(zhì)量就隨之轉(zhuǎn)化為能量了，就沒有了。沒有質(zhì)量的物體，宇宙物間存在嗎？質(zhì)量沒了，談何速度。既然超越光速的物體不能存在，豈能有超越光速的速度。

難道存在沒有質(zhì)量的能量嗎？宇宙中沒有絕對的真空。那些從質(zhì)量中轉(zhuǎn)化出來的能量，一般是進入了別的物體的質(zhì)量之中，有的又轉(zhuǎn)化為了質(zhì)量。從質(zhì)能公式中，可以看出能量可以轉(zhuǎn)化為質(zhì)量。

在質(zhì)能公式的推導過程中，可以看到洛倫茲因子進入了質(zhì)能公式，它隱藏在質(zhì)能公式之中。通過洛倫茲因子，質(zhì)量可以轉(zhuǎn)化為能量，能量也可以轉(zhuǎn)化為質(zhì)量。宇宙大爆炸是大量能量轉(zhuǎn)化為質(zhì)量的實例。若沒有大量能量，豈能有威力如此巨大的宇宙大爆炸。

具體說來，放出大量能量的質(zhì)量是處于高速運動中的物體的質(zhì)量，那些高速運動的物體帶著這些能量到達了宇宙的高速運動的領(lǐng)域。

高速運動領(lǐng)域的限界，也就是宇宙的限界。宇宙是有限界的。愛因斯坦的宇宙模型是：靜態(tài)、有限、無邊。若有限豈能沒有限界；若沒有限界，豈不成了無限。宇宙的限界有兩個，是四維空時中時間一維的兩個限界。時間可分為三段：過去、現(xiàn)在與未來。大家知道，過去的時間是無限的，未來的時間也是無限的，那么，在過去與未來之間有沒有現(xiàn)在呢？不能說沒有。那么，現(xiàn)在的時間有多長呢？其長度是可以測量計算的。這里要說的是，在現(xiàn)在與過去的交界處是一個限界，而在現(xiàn)在與未來的交界處是另一個限界。

在兩限界處有大量質(zhì)量，能量可存在其內(nèi)部，也可附著在其表層。任何質(zhì)量、能量都不可能沖出宇宙的限界。大量能量存在于宇宙的限界處，在一定條件下發(fā)生宇宙大爆炸是可能的。

4 宇宙兩個領(lǐng)域相互垂直導致星體旋轉(zhuǎn)

在河流轉(zhuǎn)彎的角落處，往往會出現(xiàn)漩渦，這是由河水與河岸邊摩擦造成的。作直線運動的物體在遇到撞擊時，也會改變方向，在一定條件下會也會開始旋轉(zhuǎn)。

眾所周知，發(fā)射人造衛(wèi)星要有一定的速度。人們以一定速度發(fā)射人造衛(wèi)星，當該衛(wèi)星到達一定高度并有一定傾斜度時，它會圍繞地球作勻速圓周運動。

從兩個質(zhì)點在萬有引力作用下的運動規(guī)律出發(fā)，人們把宇宙速度分為三個。

第一宇宙速度約為7.9千米/秒，這是環(huán)繞地球能在圓形軌道上運轉(zhuǎn)的最低速度。其計算公式是：

V1=√gR（m/s），其中g(shù)=9.8（m/s2），R=6.4×106（m）。

m1.m2表示兩個物體的質(zhì)量，r表示它們間的距離，（下轉(zhuǎn)第200頁）（上接第161頁）則物體間相互吸引力F=（Gm1m2）/r2，G稱為萬有引力常數(shù)。

航天器在距離地面表面數(shù)百公里以上的高空運行。

第二宇宙速度（V2）V2=11.2公里/秒，是第一宇宙速度的√2倍。

第三宇宙速度（V3）V3=16.7公里/秒。地面上的物體在利用地球公轉(zhuǎn)速度的情況下再獲得這一速度后可沿雙曲線軌道飛離地球。當它到達距地心93萬米處時，便已脫離地球引力，以后就在太陽的萬有引力的作用下運動。

物體具有110～120km/s的速度時，可以脫離銀河系而進入河外星系，這個速度叫做第四宇宙速度。

第五宇宙速度是航天器從地球發(fā)射，飛出本星系群的最小速度。該星系群的半徑估計大概有50-100億光年，這需要1500-2250km/S的速度才能飛離。

假設以最高宇宙速度光速的速度發(fā)射一衛(wèi)星，當它到達一定高度并在一定條件下傾斜到一定角度時，它也會作旋轉(zhuǎn)運動。它所作的旋轉(zhuǎn)運動將形成宇宙間最大的圓。根據(jù)宇宙速度的計算公式，可以計算出這一圓形的半徑。這一圓形的半徑是所有星系中最長的半徑。

當物體有一定的初速度，且受到一個方向始終與物體運動速度方向垂直且大小不變的力的作用時，會進行圓周運動。這里有幾個量：一是，光速300000千米/秒；二是，宇宙中的引力；三是，物質(zhì)的彎曲度。這幾個量需要契合。

物質(zhì)彎曲要有特定的彎曲度，才可形成圓形。物體在低速運動領(lǐng)域所作的直線運動，與在高速運動領(lǐng)域里的直線運動是呈相互垂直狀態(tài)的運動。當在低速運動領(lǐng)域作直線運動的物體，以高速度進入高速運動領(lǐng)域時，就會與該領(lǐng)域運動的物體相遇，而兩種物體的運動方向總是相互垂直的，兩者一旦相遇運動方向必然改變，在一定條件下物體會開始作旋轉(zhuǎn)運動。這是宇宙間無數(shù)星球作旋轉(zhuǎn)運動的根本原因。

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