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《宇宙新论 之 天地本源》第一章 重力之

时间:2019-07-21 11:08:31 点击:

  核心提示: 《宇宙新论之天地本源》 (杨建立著) 第一章重力之惑 我们生活在地球上,无时无刻不在经受重力的影响。 重力是由于地心引力造成的。如果失去了地心引力,地面上的物体都将飘散太空,地球本身也将会分崩离析。 物理学上对重力的定义有多个版本,但均有其不足之处。2012年,力学界给出了重力定义的新版本:“在...

《宇宙新论 之 天地本源》

(杨建立著)

第一章 重力之惑


    我们生活在地球上,无时无刻不在经受重力的影响。

 重力是由于地心引力造成的。如果失去了地心引力,地面上的物体都将飘散太空,地球本身也将会分崩离析。

    物理学上对重力的定义有多个版本,但均有其不足之处。2012年,力学界给出了重力定义的新版本:“在静力学范围内,以放置物体的支持物或物体自身为非惯性参照系,物体所受各万有引力与各惯性力的合力叫重力”。这一定义读起来比较绕口,专业性比较强,有点晦涩难懂。通俗一些讲,就是对地表上的物体,重力的主要施力物是地心,重力的方向与地球水准面垂直向下的。物体受到的重力的大小跟物体的质量成正比。 

    但近些年来,在现实中生活中,人们发现了一些奇怪的现象:有的地方局部重力不垂直于地面,也不指向地心,形成了所谓“怪坡”;在地球、月球表面,乃至火星表面的某些区域,重力出现了异常,比其他地方强大了许多,形成所谓“质量瘤”;还有就是地球、月球都“不圆”,我们地球上的海平面也“不平”;地球表面的引力场也不均匀。

怪坡现象

沈阳怪坡

    1990年4月的一天,沈阳沈北新区的两名交警到一坡地熟悉路段。当两个人驾车行驶到坡道底部时,无意间发现车内加油表失灵。于是将车停下,摘档熄火。

    不久,怪事发生了:车子竟在无人驾驶的情况下,神不知鬼不觉地由东向西沿坡滑行而上。十分惊愕的他们壮着胆子又试了几次,仍然如此,他们百思不得其解,带着迷惘惶然而去。

    消息不胫而走,好奇者蜂拥而至,国产的、进口的,大型的、小型的,载重的、轻便的,各种汽车纷纷来坡上一试,无不证实“怪坡”之奇妙。更有趣的是骑上自行车上坡只要扶住车把,不用蹬车就飞快地向坡上滑行,而下坡却要用力蹬,不蹬不走,真是奇哉,妙哉,众人交口称“怪”,“怪坡”之名从此传开。

    怪坡是一条长80余米,宽约25米,呈西高东低走势自然形成的斜坡,它位于东经123度03分,北纬42度,海拔153.1米。

    怪坡面世,神秘加身,专家、学者、名人纷至沓来探秘揭谜。我国当代著名诗人贺敬之参观后留下这样的诗句:“自然探秘,人生解惑,一题多思,沈阳怪坡”。香港著名作家金庸颇有感想,他写道:“天下奇事怪象甚多,智力有时而穷,固不能概以非科学视之”。世界著名物理学家,诺贝尔奖金获得者,美籍华人李政道曾亲临怪坡体验后,风趣地说:“怪坡不是魔术,弄清原因,我又可获得一次诺贝尔奖金”。

 类似的“怪坡”,在我国先后发现了多处。

 马鞍山“怪坡”。位于安徽省马鞍山市濮塘镇,全长约150米,坡度约为2度。

 日照“怪坡”。山东日照市河山东麓,约100米。

 济南“怪坡”。济南市东南外环路省经济学院以南约1.5公里处。

 山东青州磨脐山“怪坡”。青州市新南环路的西尽头附近,磨脐山下,从潍坊教育学院的北门延伸到青州市委党校门口,长约500米。

 太原“怪坡”。位于山西省太原市天龙山景区,长约100米。

 汝州“怪坡”。河南汝州市北9公里处有一“姊妹怪坡”。姊妹连环怪坡由南北两坡相连而成,两坡各长120米,宽30米,全国独一无二。

 西安“怪坡”。1997年,在西安秦始皇兵马俑博物馆东南方,人们发现了一个“怪坡”。“怪坡”长约120米。

 南京“怪坡”。位于南京市江宁区横溪石塘竹海风景区。

 北京“怪坡”。位于北京市海淀区北安河乡阳台山半山腰一个岔路口,怪坡长约40米。

 哈密“怪坡”。位于303省道距哈密市区30多公里处,长约1000米。

 黑龙江“依兰怪坡”。位于依兰县城东北3公里处。

 大连滨海“怪坡”。位于大连滨海路“十八盘”的上部地段。“怪坡”一段长约60米,宽4米。

    唐山“怪坡”。位于唐山市区大城山公园东北角,长约70余米,宽约15米,呈北高南低走势,坡度约为15度。

 台湾“怪坡”。在台东县东河乡,有一个名叫“都兰”的旅游胜地,其最吸引游人处,便是“水往高处流”。“怪坡”旁有一股小溪,溪水流到山脚下的农田,而靠近山脚旁的另一股溪水不往下流,偏偏反其道而行之,向山坡上流去。

 发生在华夏大地奇异的“怪坡”现象,以其不可思议的神奇力量成为人们探奇的“热土”。饶有趣味的是,类似“上坡轻松、下坡费劲”的“怪坡”,在世界其他国家亦已发现多处。

 乌拉圭“怪坡”。南美乌拉圭的巴纳角地区。

 韩国“怪坡”。位于韩国的济州岛天马牧场附近516国道。

 美国“怪坡”。美国犹他州,有一个被人们称为“重力之山”的奇特山坡,有一条直线距离为500米左右,坡度很大的斜坡道,也是闻名全球的“怪坡”。

 世界各地“怪坡”之谜引起了科学家们的关注,他们多次进行科学实验。结果表明:在“怪坡”上,越是质量大的物体,越是容易发生自行上坡的奇异现象。如此“怪坡”效应,自然使游客、探险家和科学工作者产生了浓厚的兴趣,先后提出了“重力异常”、“视觉差错”、“磁场效应”、“四维交错”、“黑暗物质”、“飞碟作用”、“鬼怪作祟”、“失重现象”、“暗物质的强大引力”和“UFO的神秘力量” ……各种解释,众说纷纭。总之,对怪坡形成的原因,智者见智,仁者见仁。

 “鬼怪作祟”说,属于属于宗教研究的问题。“UFO的力量”又过于科幻。试想一下,外星人驾着比我们地球人类飞行工具高出几个层次的宇宙飞船,飞行若干光年来到地球,不和我们招呼一声,却跑到荒无人烟的深山老林里,搞出几个怪坡逗我们玩,这种可能性几乎为零。排除了以上这几个说法之外,其他概括起来比较集中的说法有三个: 

    一、磁场作用。有人认为在怪坡一侧有一磁场,足以吸引各种车辆轻松上行。但至今未能探测到磁场发生地以及其强度。物理学家李政道博士曾带着大小两个球体:篮球和铁球,亲临沈阳怪坡测试,结果两个球体都是向坡上滚动,说明“怪坡”现象不只针对铁、镍,也不只针对金属。所以磁场这种说法基本可以被否定。

二、视觉差。就在沈阳怪坡发现不久,也有考察队携带“水平仪”等装备,对怪坡进行了考察测量,得出的结论是:由于怪坡特殊的地形、地貌,以及周边其他景物的衬托,造成了视觉上的错误,把实际上的上坡路看成是下坡,把实际上的下坡路看成上坡。

    我们知道,普通的“水平仪”是利用“重锤”原理制成的。最常见的“重锤”是建筑工人手中常用的一种工具,拿一根细线,一头悬吊在高处,一头悬吊一个圆锥形铁锤,用于测量建筑物是不是垂直于地面。使用“重锤”的前提假设是重力垂直向下、是指向地球中心的,人们把与重锤方向垂直的面作为“水平面”。人们正是利用这一原理制作出来的“水平仪”。

    倘若当初考察人员用的就是这种重锤原理制成的普通的水平仪,并切将水平仪带入现场进行测量的话,他们的结论是没有意义的。因为,如果当地的重力方向出了问题,发生了偏移,已经不再指向地心的话,那么,水平仪的水平面也就不是平的了,也会随重力方向的偏转而倾斜。

三、重力位移。地球上的物体都受地心引力作用,物体沿坡向下滑行,这是正常现象。如果由于某种原因致使重力场局部区域发生异常,可能导致“怪坡”上的物体不再向坡下滑行,而是向坡上移动,也就是说地表局部对物体引力的方向发生了偏移。

    “怪坡”现象发现至今,没有一个权威机构做过系统地考察鉴定,更没有一个权威机构做出令人信服的解释。

    这么多的“怪坡”,也许是鱼龙混杂,有假也有真。所谓“假”,就是像第二种解释的那样,是“视觉差”造成的误判,“怪坡”实际不存在。

    所谓“真”,就是第三种解释的那样,局部重力方向发生了偏移,其指向不是垂直向下,而是偏向坡的上端。如果真是这样,“怪坡”下面很必然埋藏着特殊物质,由于这些物质的作用,才导致了重力指向发生了偏移。

    “怪坡”现象是重力理论难以解释的“怪像”之一,还有另一个类似的“怪象”:一个动植物一边倒的“神秘地带”。

动植物一边倒的“神秘地带”

    在美国加利福尼亚州旧金山的圣塔柯斯小镇西郊,有一块被森林包围着的弹丸之地,被称为“神秘地带”。在那里,人能斜立、能在墙上自由行走、球会自动向上滚、铁链会全方位角度摆动,所有这些奇异的现象,使游客们惊愕万分。许多科学家怀疑会有如此“神秘”的地方,纷纷前来考察,结果发现这是“千真万确”的事,然而为什么会产生如此奇特的现象呢?科学家们也迷惑不解。

    在“神秘地带”的入口处到中心地段,是一条坡度极大的羊肠小道,奇怪的是小道周围的树木都朝一个方向倾斜,游客行走在小道上,身体倾斜是几乎与小道斜坡平行,行人低头看不见自己双脚,却能稳步向前行走。经过斜坡,便是神秘地带中心。那有一间简陋的小屋,人们一旦进入小屋,身体都会自动向右倾斜,许多游客都想试一试将身体挺直。可到头来,不知不觉地都仍向右倾斜。究竟是一种什么异乎寻常之力能使身躯倾斜呢?谁也没法说清楚。

    小木屋一侧,有一块向外伸展的木板,人们不论从哪个角度去看,木板是很明显倾斜的。当游人把球放在木板上,球不向下斜的一方滚落,反而竟向上滚,如果有人用手将球推离木板,球不会垂直而落,而是沿着斜方向掉下来。

    在小木屋里,人们可以在没有任何扶持工具的情况下,安然地站在房子的板壁上,甚至可以毫不费力地在板壁上自由自在地行走。

    在相邻的另一间小木屋里,横梁上悬挂着一条铁链,铁链的下端系着一个直径25厘米、厚约5厘米的盘状圆形物体,看上去沉甸甸的,犹如台钟的钟摆。奇怪的是这个“钟摆”向一个方向轻轻一推,甚至微微碰一下,便能摆动起来。可是向反方向推,用上全身力气也很难使它摆动。更有趣的是,这个“钟摆”的摆动十分奇特,每过5~6秒钟,它会自动改变摆动方向,一会儿前后摆动,一会儿左右摇动,一会儿竟划起圆圈来。这样周而复始地摆动,游人无不称奇。

    “神秘地带”内有着不少神秘的现象。这些神秘现象是怎样形成的,在科学上应该如何解释,至今仍在探讨之中。但无论如何,似乎和动植物受到的引力指向有关。 

    不仅是多地的“怪坡”和“神秘地带”,跟重力理论较劲的还有地球、月球、火星上一种叫做“质量瘤”的现象。

质量瘤

    月球上的“质量瘤”被发现的原因,是因为美国在1972年4月24日阿波罗16号宇宙飞船任务即将结束回航之前,将一颗名为PFS-2的小型“子卫星”释放到周期2小时的月球轨道上。这个轨道距离月球表面约55至76英里的高度。太空人发现:子卫星在环绕月球运行时,出现运动速率不平均,以及与月球表面距离变化很大的问题。到后来,卫星更是坠落到月球表面。

    但其实,有关问题早在1968年就已经被美国国家航空航天局(NASA)所发现。当时,Paul M Muller及William Sjogren在NASA的喷射推进实验室工作,负责研究太阳神计划早期的无人驾驶太空船的运行数据。他们发现:当太空船行经月球某些地域时,假若与月面距离足够低、而且轨道不加修正的话,结果太空船会在数个月或数年间在月面坠毁 。不过当时研究人员一度以为是太空船的数据计算出错,以致轨道偏离原有的航道,他们并没有高度重视这件事情。

    假设月球是一个质地均匀的球体,那么,一个以均速运转的卫星,也应该以均速在月球上的固定轨道运转。出现“质量瘤”现象,唯一原因就是因为月球并不是一个密度均匀的星体。换句话说,就是在质量瘤下面,埋藏着“特殊物质”,导致局部出现重力异常。也许有人会问:月球跟地球一样有高山有深谷,密度当然不平均了。可奇怪的是,很多月球的“质量瘤”所在地都低地而不是高山。

也有人认为,“质量瘤”可能与陨石坠落有关。因为研究者发现:这些质量瘤所在地都是月海。我们平常用肉眼观看月亮,就能看到月亮上有明亮的地方,也有比较阴暗的地方。实际上明亮的地方都是月亮上地势比较高的地方,而阴暗的地方都是地势较低的,天文学家把月亮上比较阴暗低洼的地方称为“月海”。

月海是由较为致密的玄武岩所形成,它们可能来自距离月面之下六公里深的岩浆。研究者们猜想,由于月球的月壳较薄,若有较大型的陨石在月球表面坠落,可能会击穿月壳,使月壳底下的月幔涌出表面。而由于月幔含有不少金属,密度相对比月壳较高,从而形成质量瘤;相反地,一些由较细小的陨石造成的陨石坑,由于并没有穿透月壳,所以并未有产生“质量瘤”。

    这一猜测有一定道理,月球上比较知名的质量瘤包括有:雨海(Mare Imbrium)、危海(Mare Crisium)及东方海(Mare Orientale),都是由猛烈撞击而形成的盆地。但是,这一猜测并不圆满。质量瘤的形成与撞击坑的面积大小无关,风暴洋是月球上面积较大的撞击坑,而风暴洋上却没有任何质量瘤。这里唯一的解释是,“质量瘤”下埋藏有“特殊物质”,没有“质量瘤”的地方,没有“特殊物质”,只有普通物质。

    质量瘤并非月球上独有:地球上也有质量瘤,位置就在夏威夷。而夏威夷在地球上也是地势较低的地方。更有趣的是,夏威夷不是由陨石坑撞击而成,而是由地底火山喷发的岩浆形成。夏威夷位于板块的边缘,邻近全球地势最底的海底,所以夏威夷有可能是由从地幔喷发出来的岩浆所形成的。

    火星上也有质量瘤,它们分别位于阿尔及尔平原、伊希地平原及乌托邦平原撞击盆地。

由于这些“质量瘤”的存在,现在的人造卫星都要装设修正轨道的引擎,以便当卫星经过质量瘤的上空时,能够自行修正轨道,以免被引力所影响而偏离。人们之所以称这些地方为“质量瘤”,其含义是指这些地方下面凝结了更多的“质量”。

    上述的种种“怪象”说明,天体表面的重力,或者说引力产生的机制,绝对不是一件简单的事情。在星球的形成过程中,或者原始星球形成之后,在陨星的撞击合并时,有不同于一般物质的“特殊物质”参与其中。我们暂且称这些物质或者叫做“超重物质”。

    这种“超重物质”不仅对星球表面的重力产生影响,也许还会对星球的形状产生作用。就以我们地球来说吧,形状就不是理想状态,就是不“园”的。

地球不“圆”

    对于地球的形状,人类进行了很久的探索,最早由麦哲伦实现环球航行证实了地球是个球体。随着人类科技的发展,现代探测技术的运用,人们发现地球是个两极稍扁、赤道略鼓的不规则球体。

    随着科技手段的不断发展,为地球测量开辟了多种途径。通过实测和分析,终于得到确切的数据:

    地球的平均赤道半径为6378.38千米,极半径为6356.89千米。测量还发现,北极地区约高出18.9米,南极地区则低下24~30米。看起来,地球形状像一只梨子:它的赤道部分鼓起,是它的“梨身”;北极有点放尖,像个“梨蒂”;南极有点凹进去,像个“梨脐”,可以叫做“梨形地球”。或者说,地球是个三轴椭球体。

    近年来,利用人造卫星的轨道数据,进一步发现地球的真实形状--大地水准面也不是真正的三轴椭球体。根据空间和地面新的资料,人们又发现地表是一个非常复杂的不规则曲面。除了南北两极有高有低之外,它还有好几处凸起和凹陷,最大的凹陷在印度半岛以南,与平均地球椭球面的差距是-105米,在新几内亚岛附近,则有最大的凸起,是+73米。

    有人认为,地球之所以长成这样,是由于它不仅要绕着太阳公转,同时还要自转,地球的表面既有陆地,又有水,为了保持内部的引力平衡,在各方“争斗”下,就长成了这个怪模样。但究竟是什么原因造成了地球的怪样,仍然在争论之中。但最能顺理成章的解释,就是地下物质质量分布不均匀造成的。换句话说,就是我们地球下面的某些区域,埋藏着“超重物质”。

    不只是地球的形状不规则,月球也同样不“园”。

月球不“园”

    我们常常说,圆圆的月亮像玉盘,但月亮真的是一个规则的球体吗?英国《每日邮报》报道,在宇航员登月45年后,美国科学家终于发现了月球最真实的形状:略微扁平,一端有隆起。如果要以月亮为本体打一个最科学的比方,那最恰当的喻体一定是柠檬。

    一份在英国《自然》期刊上发表的研究报告认为,月球是在一个火星大小的天体猛烈撞上了当初尚处幼年阶段的地球,撞击使得地球向太空发射出滚烫的岩石物质时形成的。这样形成的星体一般呈规则的球形。但事实恰恰相反,月球正面和背面各有奇怪的隆起。

    月球没有地球那样的板块构造,那为什么不是标准的球体呢?

    贝瑟尔及其科研团队认为,月球被压扁的外形很可能是万有引力作用的结果。人们通常将星球之间的万有引力称为“潮汐力”,将星球之间因为万有引力造成的星球形态变化致使内部摩擦加热过程被称为“潮汐加热”。也就是说,潮汐加热是导致月球形成这一形状的原因所在。

    在潮汐加热过程中,致使月球的某些特定位置的地壳向外扩张。人们认为,在遥远的过去,月球距离地球相比现在要近得多,“潮汐力”也大得多。当月球开始慢慢远离地球后,潮汐加热就逐渐冷却,月球的自转速度也逐渐变慢,以致在这些位置发生冻结,于是就形成了隆起的形状。

    潮汐力的作用,也许是月球“不圆”的一个原因,更可能的原因,就是月表下物质分布不均匀,也就是月球内部存在“超重物质”,产生了不均衡的引力场导致的。因为,我们可以看到“海平面”也是高低不“平”。

海面不“平”

    由于多种因素影响,海平面不是完全“平”的,科学家通过测量发现,海洋表面有三个较大的隆起区域,一个在澳大利亚东北部海区,隆起高达76米;第二个区域在北大西洋,隆起高度是68米;另一个在非洲东南部,隆起区域高为48米。另外,还有三个较大的凹陷区域,一个在印度洋上,凹陷深达112米;第二个区域在加勒比海,凹陷深度为64米;第三个区域在加利福尼亚以西,凹陷深度为56米。相关的卫星图片也显示,美国西海岸的绝对水位高于东海岸的水位。

    为什么海平面不“平”呢?造成全球海平面差异的原因有哪些呢?在假设海平面没有任何波浪的情况下,科学家认为造成海平面差异主要有三个原因:

    一是涨潮、落潮、风暴和气压高低等因素,使海面始终不能归于平静;

    二是海底地形的不同,也决定了海面的不平。我们知道,海底的地形是十分复杂的,它不仅分布有巍峨的海底山脉、平缓的海底平原,而且还有许多陡峭的海底深沟。由于受海底地形的影响,一个海区的海面会低于或高于另一个海区几米、甚至十几米。据科学家们使用雷达高度计测量,发现在大西洋海面不同海域存在着高度差,甚至在美国南卡罗来纳州和波多黎各岛之间比较小的海域内,也存在着高度差。一般来说,海底是一座山脉的地区,海面就比其他海域高一些;而海底是一个盆地的地区,海面就比其他海域要低一些。比如,同是大西洋海域,波多黎各海下是一片凹地,因而这一地区的海面就比周围地区明显的低;而巴西东部由于海下有一座3500米的海岭,所以这里的海面就比其他地区要高。

    第三,有时海面的高低还与附近的巨大的山脉或山脉所组成的物质的积聚有关。这种物质的积聚,可以使其表面引力弯曲,从而形成一种动力,驱使水离开一个地区而流向另一个地区。

科学家们所说的“物质积聚”,正好提供了我们所称的“超重物质”存在的空间。或者说,正是“超重物质”的存在造成了当地局部引力异常。这不是臆测,因为,我们已经知道,地球表面的引力场也不是均匀的。

地球引力场不均匀 

    2011年 ,欧洲空间局地球重力场和海洋环流探测卫星(GOCE卫星)绘制了一幅令人吃惊的地图。乍一看,地图展现的天体很像一颗土豆形的小行星,在太空中自由穿梭。实际上,这幅彩色地图呈现的是我们的家园地球,揭示出引力如何随地区不同发生变化。GOCE卫星装有重力梯度仪,能够感知最小10万亿分之一的引力变化,进而对从山脉到海底的引力拖拽差异进行测绘。

 

来自GOCE卫星的一幅新大地水准面图黄色和红色区域引力较大,蓝色区域引力较小。

    这幅地球地图用于揭示没有洋流或潮汐存在情况下,海洋将呈现出怎样的景象。地图中,亮黄色区域的引力最大,蓝色区域引力最小。在北美洲,陆地和海洋之间的引力差异并不明显,非洲大陆的引力相比较小。这种地图用于测量海洋洋流、海平面变化和冰动力学特征,所有这些均受气候变化影响。

    在引力反常的地区在航空母舰上降落这个问题会非常严重。为了克服计算上的困难,飞行员使用广域差分系统所定义的参考椭球,而不使用大地水准面来定义海平面高度。而且全球定位系统也适用这个参考椭球。

    不论是“怪坡”也好,“质量瘤”也罢,还是地球、月球“不圆”,海平面不“平”,引力场不均匀。这些自然现象与理论不相符,与我们的常识不相容。但这些现象却真实存在,使我们不得不对传统的天体形成理论提出质疑。这些现象无不在说明,我们生活的地球、月球、火星,这几个我们比较了解的岩质星球,表面之下应该是埋藏着我们目前尚且不甚了解的“超重物质”,它们影响着星球表面的引力场。只不过这种影响的尺度不同,有大有小。大尺度者影响星球形状,影响海平面的“水平”;或者在星球表面形成一个重力异常区域,造成一个“质量瘤”;小尺度者影响一段道路,形成一个“怪坡”。

    因为,如果地下物质是均匀的,没有“超重物质”,只有普通物质的话,星球表面的引力场也应该是平滑一致的。

    能够影响引力场的“超重物质”有三种可能:

    第一种可能是,这些“超重物质”比重超大。也就是在通常的体积之内,容纳了超乎寻常的物质质量。

    第二种可能是,这些“超重物质”能够产生超常引力。换句话说,就是同等质量的物质,却能够产生超出常态的引力。这与现在传统的引力产生的理论相违背。引力理论认为,物体的质量和它产生的引力作用严格成正比例关系。

    第三种可能是,“超重物质”既是比重超大,又能产生超常引力的物质。

    关于“超重物质”是什么,它有那些特性,它来源于哪里,在天体形成过程中起到什么样的作用,造成什么样后果等等问题,留待后面章节渐次进行探讨。

作者:杨建立 录入:杨建立 来源:原创
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