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院士首席专家、科学研究院北京分院院长、中国科技研究交流中心研究员,中国国际经济文化发展研究中心高级研究员。从事国际发展战略策划, 智能远程经济产业发展、资源整合对接、 项目合作、智能技术软件研发、自动化逻辑设计等。发表论文100余篇,获国内国际优秀成果奖40余项,成果与传略入编大型文献百余部,出版专著《系统现代物理与智能科学技术模型》科学出版社,2015,申报国家科技专著基金项目。

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【原创】竞选诺贝尔物理奖精选4:宇宙引力动力学与第一推动  

2009-04-30 18:20:32|  分类: 创新学术理论 |  标签: |举报 |字号 订阅

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                                                                             王汰非

                                      吉林省通化太圣数字科学技术研究院院长

                                世界学术成果研究院院士   中国科技研究交流中心研究员        

                                    科研单位:吉林省通化太圣数字科学技术研究院  

                                       发表时间:2008.05.02 08.25:00

 成果获国际优秀成果奖,中国科技优秀成果特等奖,科技创辉煌金牌奖。中国百科优秀成果一等奖等。成果核心理论获世界重大学术成果国际金奖与特等奖,世界百年学术成就奖 国际优秀文献成果雄狮奖,国际优秀科研学术成果探索奖,第二届中国科学家论坛优秀成果一等奖等。            

成果入编国家级大型学术文献《中国科技成果学术经典》《中国创新英才理论与实践》,核心理论入编国家与国际大型学术文献 《中国当代思想宝库》《中国当代理论文献》《世界优秀学术论文(成果)文献》《世界重大学术成果精选》等。成果多篇论文发表于多个国家学术刊物。 

          关键词:宇宙引力动力学;宇宙引力动力学定律;第一推动力; 引力动力学场方程

摘要:提出宇宙引力动力学定律,研究多体和整体物质运动规律与引力规律,导出热爆炸动力、第一推动力、奇性引力和引力动力学场方程。简化精化、优化进化引力论、宇宙论与广义相对论。从而建立宇宙引力动力学,在自然科学多学科前沿领域发展中具有普遍意义。将揭示宇宙和物质所具有的引力结合能。将建立引力技术科学引发引力核心科技。在工程技术与航天科技中具有普遍应用。关键词;宇宙引力动力学;引力动力学定律;第一推动力;动力学场方程。                 

                                                                    1 引言

万有引力定律在经典力学中具有重要的科学意义、价值和广泛的应用,为天体力学奠定了基础。广义相对论用张量数学对引力理论进行了本质上的研究,建立了现代宇宙学。

万有引力定律由于理论的局限性,不能表述广义相对论与泛系相对论讨论的引力的本质问题及其深刻理论。广义相对论从科学实验与天文观测上获得了验证,但验证结果远比其它理论为少,无论是水星近日的移动,光束在引力场中的弯曲都需要进一步提高其验证的精确度,以检验理论和观测所差的程度。在描述宇宙多体(N体)和整体物质运动及引力规律、热爆炸动力、第一推动、初始奇性

(0秒 ~ 10 — 4 4 秒)的时空与引力结构时,广义相对论面临着严重的理论困难。研究与观测表明,广义相对论是描述宇宙物质运动及其引力规律的经典理论,具有一定的局限性与不完备性。如爱因斯坦场方程只能求出简化后的某些近似解,解不出宇宙热爆炸动力、第一推动、宇宙连续创生惯性、初始奇性时空与引力结构、多体(N体)和整体物质运动及引力规律等。导致研究宇宙演化史只能从PIanck时期(10 — 4 4 秒 )开始,初始宇宙(0秒 ~ 10 — 4 4 秒)状态、结构及演化规律现有理论失效。

 经过对万有引力定律、广义相对论和宇宙论的系统研究分析,找出其共性和普遍联系,结合相关科学实验与天文观测事实,采用统一场论的方法,简易和谐的数学公式扩展万有引力定律为宇宙n体引力动力学定律,从而简化优化、精化进化引力论、宇宙论及广义相对论。定性(量)研究分析宇宙多体(N体)和整体物质运动及引力规律,简明直观地表述宇宙连续创生惯性、热爆炸动力、第一推动、初始奇性引力结构及其演化规律,同时描述现今宇宙惯性,万有引力,多体(N体)和整体物质运动及引力规律等。扩展爱因斯坦场方程为引力动力学场方程(包括第一推动场方程),从动力学场方程中可求出宇宙连续创生、演化及运动整体过程及规律,将爱因斯坦场方程推广为具有波动性质的不确定形式,可描述宇宙引力场不确定性的波动状态、宇宙质量起伏、量子涨落、吸引与膨胀整体运动规律。给出马赫原理深刻的物理和宇宙学意义,揭示宇宙具有第一推动力,为一切基本力的起源及其分化规律,预言现今宇宙惯性和(四种)基本力是第一推动力可观测的遗迹,即第一推动力背景效应。 

引力动力学在自然科学多学科前沿领域发展中具有普遍意义,将揭示宇宙和物质所具有的引力结合能。将建立引力技术科学引发引力核心科技。在工程技术与航天科技中具有普遍应用。

                                                       2  宇宙引力动力学定律 

经过对万有引力定律、广义相对论、引力论和宇宙论、天体力学 及宇宙整体运动(膨胀与吸引耦合性普遍的流动(Streaming))的系统研究,相关科学实验与天文观测资料综合分析提出

定律1 宇宙n体引力动力学定律 

引力场中沿闭合路径相互作用的n个质点之间,存在着n体闭合引力,引力的方向沿相邻二质点或 n个质点的连线方向,它的大小为:

                                                               TT   m i                                                                              

                          Fn = Gn-1    ———————————               (1)

                                                    TT   r j   V 2 ( n - 2 )

 式中m 1,  m 2 , 。。。m n 分别为闭合引力场中沿闭合路径相互作用的n个质点质量,r j为 相互作用的1,2,3,。。。n个质点中相邻二质点间的依次距离,V为n个质点(n =\=2)平均(轨道)速度(相对运动中V由参照系的选择确定 ),G为牛顿引力常数,Fn表示相互作用n个质点之间闭合整体引力,n = 0,1,2,。。。n为沿闭合路径相互作用的n个质点个数(n为整数),其中(相对)静止质点n体(n=\= 2)闭合引力速度V= 10 0m.s—1( 归一化速度 ),(1)式为宇宙n体引力动力学方程。

   定律1的理论推导论证及数学表述不拟给出参阅文献, 研究院网络系统与王汰非著《泛系现代物理分析》香港中新出版社 ,2009年06月出版欢迎订购。

                                                               简要分析

 宇宙引力动力学定律是宇宙动力学基本理论,从第一性原理和基本物理规律上揭示宇宙热爆炸、第一推动、起源演化、运动发展整体统一物理规律。将从基本物理规律上证明:宇宙是自容自洽和谐统一的动力学系统,宇宙的起源不需要任何外加的或假定的初始条件,宇宙按照完全确定的物理规律演化及发展。

宇宙引力动力学定律相容自洽地扩展了万有引力定律,简化优化、精化进化了引力论、广义相对论和宇宙论,使万有引力定律和广义相对论统一协调发展,解决现有引力理论的局限性、不完备性极其理论不足。描述热爆炸动力、第一推动力、初始宇宙(0秒 ~ 10— 44 秒)~ 现在宇宙(10 17秒)演化的整体过程、状态及规律。为超统一理论、统一场论和基本力的统一提供可靠的物理规律与科学数据。

 理论、实验与观测表明,万有引力定律是n 体引力动力学定律的特定形式,具有特殊性和特征性。将n 体引力动力学方程中的速度项自动消去,所以万有引力定律不考虑物体运动速度这一动力学重要物理因素并加以忽略,不能对多体相互作用和宇宙整体引力求出精确解,导致万有引力定律具有理论的局限性、不完备性和不足性,是对天体真实运动、多体相互作用和宇宙整体引力规律的近似描述。对于宇宙热爆炸动力、连续创生惯性、第一推动、奇性演化、N体问题和宇宙整体运动,万有引力定律与广义相对论面临着严重的理论困难,宇宙演化的奇性问题深刻反映了广义相对论的局限性。椐此,现有的引力理论不做修正就不再有效。宇宙引力动力学定律将修正、扩展与完备万有引力定律和广义相对论,并将其简化、优化、进化协调发展。预期宇宙引力动力学定律将在宇宙起源演化、运动发展整体规律的定性(量)研究及多学科交叉前沿领域统一协调发展中具有一定的科学意义、价值和广泛的应用。

值得指出的是n 体闭合整体引力与通常的引力合力是两个截然不同的概念,具有不同的物理和力学意义。用万有引力定律可求解n 体之间的引力合力,但不能求解n 体整体引力。因此我们提出一个原则:n 体整体引力不等于n 体引力合力,在物理和力学意义上“整体不等于部分之和”。例如原子核质量将小于原子核核子质量之和。在此原则上将区分n 体整体引力和n 体引力合力,以免造成误解和混同。

                                                        3  宇宙第一推动力理论                 

“第一推动”科学难题已有三百多年历史至今尚未解决 ,引力的存在导致宇宙具有开端,广义相对论与Hawking等 已经证明宇宙不可避免地存在着奇性。“第一推动”和宇宙创生的初始奇性与初始条件相关,为此引进

                                                                    宇宙监督准则 

 1 宇宙存在初始奇性,为奇性弯曲时空,具有自足自洽全息完备性,含有宇宙全部信息和完备的自然规律,标志着宇宙的创生和时空的起源 。

 2 宇宙热爆炸0秒具有第一推动力,由初始条件和初始奇性给定。第一推动力标志着宇宙一切相互作用的创生和惯性的起源。

 3 宇宙的起源演化和发展决定于初始奇性( 条件)和第一推动,初始奇性( 条件)决定宇宙结构,第一推动决定宇宙一切相互作用(基本力)与惯性的基本性质、结构及演化发展规律。第一推动力在宇宙演化发展中具有预定协变性,一切相互作用(基本力)与惯性具有协变守恒性, 遵从统一的物理定律[ 1 3 ,31 ,32 ]。

 4 宇宙是自足自洽的(SeIf ——  contained )整个宇宙决定于完备的自然规律,不需要任何外加的或假定的初始条件,按照完全确定的规律演化及发展 。

定律2  宇宙第一推动力定律  

    宇宙热爆炸0秒产生第一推动力,第一推动力的充要条件为零质点初始奇性, 是宇宙连续创生的基本推动力。第一推动力标志着宇宙和一切相互作用的创生及惯性的起源。第一推动力动力学方程:

                                                          Fq = V 4 / G                           ( 2 )

[ 理论推导 ] 根据热爆炸宇宙论 、宇宙演化学、宇宙奇异性定理 ,在宇宙热爆炸0秒, 由宇宙引力动力学定律,方程(1) n = 0 (零质点)导出宇宙第一推动力动力学方程(2)。满足引力论、广义相对论和宇宙论 。

推论1  宇宙热爆炸(0秒)第一推动力导致宇宙的开端和初始奇性(宇宙时t = 0 , 尺度因子R( 0) = 0 , 能量密度无限大, 现有物理定律失效。

推论2  宇宙热爆炸10-- 4 4 秒产生特征第一推动力,动力学方程:

                                                        F c  = C 4 / G                               ( 3 )

为四种基本力的起源,构成特征奇性引力(超引力)和超统一基本力尺度。此后(10--44秒)开始适用物理定律。

由方程(2)令V = C,或由宇宙引力动力学方程(1) n = 0 ,v = c 导出宇宙特征第一推动力动力学方程(3)。

推论3  宇宙具有连续创生,宇宙连续创生惯性动力学方程:

                                                       F 0  =  0                                    (4) 

宇宙连续创生惯性构成马赫原理、广义相对论等效原理和牛顿惯性定律的理论基础。

由方程(2)令V = 0,或由宇宙引力动力学方程(1) n = 0 ,v = 0导出宇宙连续创生惯性动力学方程(4)。

定律3   宇宙第一推动力守恒与分化定律 

    宇宙热爆炸第一推动力,在宇宙发展过程中依次分化为各种不同的基本力形式,在分化过程中第一推动力即不创生也不消失,将保持恒定,遵从守恒关系:

 一般形式;                        

                                                       F i = V 4 / G                                       (5)

 特征形式:         

                                      F i = C 4 / G = 1. 206653×10 4 4 N                (6)       

   其中(6)为现有四种基本力特征尺度。                           

推论4  宇宙一切相互作用和惯性起源于第一推动力,即第一推动力在宇宙发展过程中分化为一切相互作用和惯性。因此 ,一切相互作用和惯性是第一推动力可观测的遗迹,为第一推动力背景效应。

推论5 可测宇宙闭合引力场中沿闭合路径相互作用的天体数守恒 —— 当宇宙总质量M和空间尺度r确定后,可测宇宙总天体数N为一确定常数满足守恒关系.                       

     引力定律数学表述,宇宙引力动力学场方程(第一推动和爱因斯坦引力动力学场方程)和引力结合能不拟给出。参阅文献, 研究院网络系统与王汰非著《泛系现代物理分析》香港中新出版社 ,2009年06月出版欢迎订购。

                                                       4  宇宙引力动力学效应

(1) 宇宙具有连续创生惯性、第一推动和初始奇性,由初始条件给定 。

(2)第一推动为一切相互作用和惯性的起源,基本相互作用和惯性为第一推动可观测的遗迹 。

(3) 宇宙的起源演化和发展决定于初始奇性( 条件)和第一推动,初始奇性( 条件)决定宇宙结构,第一推动决定宇宙一切相互作用(基本力)与惯性的基本性质、结构及分化规律。第一推动力在宇宙演化发展中具有预定协变性,一切相互作用(基本力)与惯性具有协变守恒性,遵从统一的物理定律 。

(4)  宇宙是自足自洽的(SeIf ——  contained )整个宇宙决定于完备的自然规律,不需要任何外加的或假定的初始条件,按照完全确定的规律演化及发展 。

(5) 宇宙大尺度空间分布是均匀各向同性的。宇宙系统为规则对称结构形成圆锥型空间和圆锥轨迹  。

(6) 宇宙具有膨胀与吸引耦合性整体运动(Streaming), 宇宙膨胀为波动周期性量子涨落。

(7) 早期宇宙中曾发生过具有引力动力学意义的大尺度宇宙密度波 ,天体和星系是在不稳定的宇宙密度波背景中形成,波峰区天体的数目较多,宇宙闭合引力场中相互作用的总天体数守恒(为一确定常数)。

(8) 引力场使大质量星体出现俘获光线现象 。即大质量星体将俘获它辐射的所有光线,使星光发生减速、迟延和弯曲效应 。

(9) 星云物质由光的闭合引力团聚作用而形成 。

(10)引力的传播速度与被吸引物体的速度结合在一起,发生速度迭加效应。有效力不是沿连结两物体的直线而是曲线 。

 预期泛系引力动力学将在引力论、宇宙论、广义相对论及多学科交叉前沿领域发展中具有一定的科学意义、价值和广泛的应用。将建立引力结合能与引力技术科学引发引力核心科技。在工程技术与航天科技中具有普遍应用。

       宇宙引力动力学详细理论阐述及应用参阅文献, 研究院网络系统与王汰非著《泛系现代物理分析》香港中新出版社 ,2009年06月出版欢迎订购。                            

                                                                       参考文献

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4  ALBERT  EINSTEIN  THE  MEANING OF RELATIVITY  Fifth Edition , 1955.                                  

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7  吴大猷,相对论(理论物理第四册)北京:科学出版社,1983。

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9  刘辽,广义相对论,北京:高等教育出版社,1987。

10  俞允强,广义相对论引论,北京:北京大学出版社,1987。

11  王汰非,泛系相对论概论,世界优秀学术论文(成果)文献,世界重大学术成果精选,香港;世界文献出版社,2006。获世界重大学术成果国际金奖与特等奖。

12  H。S。Chandrasekhar:DeveIopment  of  generaI  reIativity,Nature,VOI 。252  NO。5478,1974。11。1,15 ~ 17。

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25  中国大百科全书。天文学卷,北京:中国大百科全书出版社,1980。

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32 王汰非,基本力统一理论,青海大学学报(自然科学版)1999,(4):40 ~ 46。成果获第二届中国科学家论坛优秀成果一等奖;第二届中国未来与发展论坛新世纪优秀成果一等奖。

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35  Buebidge G .R .et  aI ., APJ,  1967 , L107 , 148

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39  刘永镇,邓祖淦,曹盛林,宇宙的大尺度结构,天文学进展,1984,(4):365 。

40  拉普拉斯,宇宙体系论,法国:巴黎出版社,1796。

41  [英] 霍伊尔等,物理天文学前沿,(何香涛,赵君亮译),长沙:湖南科技出版社,2006。            

42 王汰非,试论21世纪(后)人类科学革命,入编大型文献《党的生命 —— 加强党的执政能力建设。论文篇》,中共中央党校党的建设教研部,邓小平理论学习与研究杂志社编辑部联合编纂,中共中央党校出版社,2007。获中国百科优秀作品(论文)一等奖。  

43 王汰非,21世纪(后)科学、教育、人才发展战略,获第五届中国经济学家论坛优秀成果一等奖。

44 王汰非,破解重大科学难题精选,太圣科技网 http: // www. tskeji. cn发表

 45 王汰非,21世纪(后)自然与技术科学概论,太圣科技网 http: // www. tskeji. cn发表。

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